TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

DISEÑO DE UN ESQUEMA DE CANALIZACIÓN YMULTIPLEXACIÓN PARA LA MIGRACIÓN DE SERVICIOSASOCIADOS A TELEMETRÍA, EN LA RED TRONCAL DE

PDVSA REGIÓN CENTRO.

Presentado ante la ilustreUniversidad Central de Venezuela

por el Br. Fernando Iván Toro Sanojapara optar al título deIngeniero Electricista

Caracas, 2016

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

DISEÑO DE UN ESQUEMA DE CANALIZACIÓN YMULTIPLEXACIÓN PARA LA MIGRACIÓN DE SERVICIOSASOCIADOS A TELEMETRÍA, EN LA RED TRONCAL DE

PDVSA REGIÓN CENTRO

Profesor Guía: Dr. Carlos MorenoTutor Industrial: Ing. Eduardo Agra

Presentado ante la ilustreUniversidad Central de Venezuela

por el Br. Fernando Iván Toro Sanojapara optar al título deIngeniero Electricista

Caracas, 2016

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iii

Este trabajo está dedicado atodos aquellos quienes rechazancualquier clase de dogma

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AGRADECIMIENTOS

Deseo en primer lugar expresar mi más profundo agradecimiento a la personaque ha constituido para mí una columna de apoyo en todos mis emprendimientos; mimadre Carmen Alicia Sanoja.

En un instructivo para la elaboración de los trabajos de grado de una prestigiosauniversidad extranjera, se dice que no se considera apropiado expresar agradecimientoa los tutores, dado que éstos realizan el seguimiento del desarrollo de los trabajosde grado como parte del cumplimiento de sus funciones. Estoy en franco y com-pleto desacuerdo con ello, y por ende considero ésta como la más oportuna ocasiónpara expresar mi mayor gratitud para con mi profesor guía Dr. Carlos Moreno, porsu apoyo entusiasta, reiterado y decidido, así como por las extensas y provechosasconversaciones sobre temas técnicos. Vaya así mismo mi más honda gratitud para mitutor industrial, el Ing. Eduardo Agra, por las valiosas oportunidades brindadas, porel constante y decidido apoyo en el desenvolvimiento de las mismas, por el continuoestímulo para continuar adelante y, sobre todo, por predicar con su ejemplo. Ambos sehan convertido para mí en preciadas amistades.

Me complazco muy especialmente en expresar mi más profunda gratitud a MaríaAuxiliadora Rojas; quien cuya buena disposición en el abnegado desenvolvimiento desus funciones, yendo con ello mucho más allá del cumplimiento de las responsabili-dades relativas a su cargo, ha dejado una indeleble huella en promociones enteras deingenieros electricistas.

A mi amigo, el Ing. Carlos Veroes, sin quien toda esta valiosa experiencia nohubiese sido posible.

A Miguel Tilano, por su continua inclinación a compartir en forma entusiasta suvasta experiencia en el campo de las redes de microondas en alta capacidad. A JoséLugo y Jorge Silva, por su apoyo y soporte en la clarificación de aspectos esenciales,tanto técnicos como organizacionales, de un sistema amplio y complejo. Al Ing. Dou-glas Fuentes, por su oportuna exposición de aspectos clave del funcionamiento de latelemetría dentro de la red troncal de PDVSA.

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A la Ing. Zulimar Tovar, por su muy preciso y oportuno apoyo en momentosclave de la última etapa de redacción de este tomo final. Al Ing. Joel Guerrero, por sumuy importante apoyo en la elaboración del tomo, además de por sus habilidades dedirección y gestión. A mi amiga la Lic. Donnaty Durán, por sus entusiastas comentariosy por su decidido y oportuno apoyo en una parte fundamental de la presentación de estetrabajo.

Deseo dejar sentado mi agradecimiento para con la comunidad internacional delsoftware libre, por su incansable trabajo al poner a disposición herramientas informáti-cas de la más alta calidad, y por sobre todo, bajo los más altos principios éticos.

A Judith Hernández y Keneea Alvarado, por sus constantes palabras y accionesde estímulo para continuar adelante. También muy especialmente a Annelie Jurewitz,por haber sido, y a pesar de todo, seguir siendo; Eva.

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Fernando Iván Toro Sanoja

DISEÑO DE UN ESQUEMA DE CANALIZACIÓN YMULTIPLEXACIÓN PARA LA MIGRACIÓN DE SERVICIOS

ASOCIADOS A TELEMETRÍA, EN LA RED TRONCAL DE PDVSAREGIÓN CENTRO

Profesor Guía: Dr. Carlos Moreno. Tutor Industrial: Ing. Eduardo Agra. Tesis.Caracas. U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Eléctrica. IngenieroElectricista. Opción: Comunicaciones. Institución: PDVSA. 2016. 92 h.

Palabras Claves: PCM; TDM; Banco de canales; E1; PDH; SDH; Telemetría; V.32;G.703; Multiplexación.

Resumen. Se realiza un estudio descriptivo de la red troncal de transmisión dePDVSA región centro; su topología, tecnologías utilizadas, equipos empleados, asícomo las modalidades de operación. Se hace énfasis en los servicios proporcionadosa la transmisión de datos provenientes de estaciones de telemetría que monitoreanvariables asociadas a un sistema (poliducto) de bombeo y transporte de gas natural. Sedetalla la configuración actual de tales servicios, evidenciando la necesidad existentede realizar la migración de los mismos, actualizándolos a tecnologías más recientes,más robustas y flexibles, con mayores y más extendidas capacidades de gestión ymantenimiento. Se realiza una investigación documental sobre las tecnologías y es-tándares involucrados; conversión analógico-digital (PCM), multiplexación digital entiempo (TDM), portadora digital E1, jerarquías digitales plesiócrona (PDH) y síncrona(SDH), entre otras. Se estudian exhaustivamente las capacidades del equipo asignadopara la migración de los servicios en cuestión; el concentrador y multiplexor AlcatelMainStreet 3600, tomando en cuenta sus principios de funcionamiento, así como susaspectos prácticos de operación; incluyendo su instalación, configuración, estableci-miento del sincronismo, así como sus formas y medios de interconexión. La migraciónde los servicios de telemetría es reseñada en detalle, incluyendo la creación de las rutaspara los mismos, realización de pruebas de conformidad y desempeño que garanticensu óptima operatividad, así como la implementación definitiva. Por último se presentanlas conclusiones, tanto generales como específicas, alcanzadas luego de la realizaciónde las actividades descritas y se ofrece una serie de recomendaciones.

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ÍNDICE GENERAL

Página

CONSTANCIA DE APROBACIÓN ii

DEDICATORIA iv

AGRADECIMIENTOS v

RESUMEN vii

ÍNDICE GENERAL viii

ÍNDICE DE TABLAS xi

ÍNDICE DE FIGURAS xii

ACRÓNIMOS xiv

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 4

1.1 Antecedentes y justificación 51.2 Objetivo general 61.3 Objetivos específicos 6

CAPÍTULO II

RESEÑA DE LA EMPRESA 7

2.1 Presentación de la empresa 72.1.1 Actividades a las que se dedica 72.1.2 Reseña histórica 8

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2.1.3 Misión 82.1.4 Visión 82.1.5 Objetivos de la Organización 92.1.6 Organigrama general de la Empresa 102.1.7 Organigrama del Departamento donde se realizó la Pasantía 10

CAPÍTULO III

MARCO TEÓRICO 12

3.1 Modulación por pulsos codificados PCM 133.1.1 El canal vocal 133.1.2 Conformación del flujo PCM 153.1.3 Muestreo 163.1.4 Cuantificación 17

Error de cuantificación 18Cuantificación uniforme y no uniforme 19Compansión 21Ley-µ 22Ley-A 23

3.1.5 Codificación 23Codificación binaria 24Codificación de línea 25

3.2 Multiplexación por división de tiempo TDM 263.3 Trama digital E1 27

3.3.1 Alineación de trama 283.3.2 Monitoreo de errores 293.3.3 Señalización 31

Señalización E&M 333.4 Jerarquía Digital Plesiócrona PDH 333.5 Jerarquía Digital Síncrona SDH 37

3.5.1 Estructura básica de la trama SDH 39Contenedor Virtual VC 39

3.5.2 Ventajas de la tecnología SDH 403.6 Comunicaciones Industriales 41

3.6.1 Telemetría, telecontrol y SCADA 43

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PLC 47Unidad terminal remota RTU 48Unidad terminal maestra MTU 49

CAPÍTULO IV

METODOLOGÍA 51

4.1 Descripción de la red troncal de PDVSA región centro 524.1.1 Red de telemetría metropolitana 534.1.2 Detalle de una estación remota de telemetría 534.1.3 Radio PDH Siemens CTR 216 554.1.4 Multiplexor MP 31/10 y MP 31-2 58

4.2 Migración de los servicios de telemetría 624.2.1 Multiplexor Alcatel Mainstreet 3600 62

Conexión a través del puerto serial 644.2.2 Identificación de tributarios 654.2.3 Traslado de los tributarios individuales 66

CAPÍTULO V

RESULTADOS 69

5.1 Pruebas de conformidad 695.1.1 Medidor de errores en línea HP 4934A TIMS 69

5.2 Configuración definitiva de los servicios migrados 70

CONCLUSIONES 72

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 75

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ÍNDICE DE TABLAS

3.1 Indicadores de alarma, errores y eventos en la trama E1 313.2 Significado de los bits en las tramas de jerarquías superiores 373.3 Correspondencia de bits y tiempo entre los niveles de las jerarquías PDH 373.4 Velocidades binarias con respecto a su factor de multiplicación 38

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ÍNDICE DE FIGURAS

2.1 Organigrama general de PDVSA 102.2 Organigrama de la gerencia de AIT 11

3.1 Porcentajes de inteligibilidad y energía en canales de voz 143.2 Esquema simplificado de los tres procesos fundamentales de la codifi-

cación PCM 163.3 Muestreo de una señal analógica 173.4 Cuantificación y ruido 183.5 Intervalos de cuantificación PCM (para n = 8) 193.6 Cuantificación uniforme 203.7 Cuantificación no uniforme 203.8 Compansión 223.9 Aproximación de 16 segmentos a la curva de la Ley-A 243.10 Codificación neutral y bipolar 253.11 Bits de control y señalización de la trama E1 283.12 Jerarquías PDH por región 343.13 Multiplexación de señales cuasi síncronas 353.14 Multiplexación PDH por niveles jerárquicos 363.15 Trama de 8 Mbps 363.16 Trama de 34 Mbps 363.17 Trama de 140 Mbps 363.18 Estructura fundamental de la trama SDH 393.19 Formación de contenedores virtuales 403.20 Esquema del flujo de información dentro de una red industrial moderna 433.21 Nivel operacional de un sistema integrado de automatización y control 453.22 Diagrama de bloques de un PLC 483.23 Configuración básica de una unidad terminal remota (RTU) 49

4.1 Red de transmisión metropolitana de PDVSA 524.2 Red de telemetría, área metropolitana 534.3 Detalle de interconexión de una estación maestra de telemetría 54

xii

4.4 Detalle de la MTU de la estación El Junquito 554.5 Detalle del módem de la MTU, estación El Junquito 564.6 Vista externa del módulo transmisor, Siemens CTR 216 574.7 Vista externa del módulo receptor principal, Siemens CTR 216 584.8 Disposición de las unidades en el submódulo 594.9 Vista externa del módulo receptor principal, Siemens CTR 216 604.10 Instalación módulos Siemens; banco de canales y multiplexor 614.11 Multiplexor Main Street 3600 nodo Campiña 644.12 Puertos de conexión serial al Main Street 3600 654.13 Situación previa de los canales a ser migrados 664.14 Cable multipar de 50 pares (fotografía referencial) 674.15 Banco de canales telefónicos del nodo Mainstreet 674.16 Conexión de dos tributarios individuales al nodo Mainstreet 68

5.1 Evaluación de las características de los canales en banda vocal 705.2 Configuración definitiva de los circuitos migrados dentro de la red tron-

cal de PDVSA 715.3 Asignación de los tributarios correspondientes a los canales migrados 71

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ACRÓNIMOS

ADC Analog to Digital Converter (Convertidor analógico digital)

AIS Alarm Indication Signal (Señal de indicación de alarma

AIT Automatización, Informática y Telecomunicaciones

AMI Alternative Mark Inversion (Inversión alterna de marca)

ANSI American National Standards Institute (Instituto nacional americano deestándares)

ATM Asynchronous Transfer Mode (Modo de transferencia asíncrona)

BER Bit error rate (Tasa de bits errados)

BNZS Bipolar with N-Zeros Substitution (Bipolar con sustitución de N ceros)

CAS Channel Associated Signaling (Señalización de canal asociado)

CCITT Consultative Committee for International Telegraphy and Telephony(Comité Consultivo Internacional Telegráfico y Telefónico

CCS Common Channel Signaling (Señalización de canal común)

CONATEL Comisión Nacional de Telecomunicaciones

CRC Cyclic Redundancy Check (Comprobación de redundancia cíclica)

CTS Clear To Send (Despejado para enviar)

DAC Digital to Analog Converter (Convertidor digital analógico)

DMA Direct Memory Access (Acceso directo a memoria)

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DS1 Digital Signal 1

DSR Data Set Ready (Conjunto de datos preparado)

DTR Data Terminal Ready (Terminal de datos preparado)

FAS Frame Alignment Signal (Señal de alineación de trama)

GND Ground (Tierra)

HDB3 High Density Bipolar of order 3 (Bipolar de alta densidad de orden 3)

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers (Instituto de ingenieroselectricistas y electrónicos)

IF Intermediate Frequency (Frecuencia intermedia)

IP Internet Protocol (Protocolo de Internet)

LAN Local Area Network (Red de área local)

LOF Loss Of Frame (Pérdida de trama)

LOM Loss Of Multiframe (Pérdida de multitrama)

LOS Loss Of Signal (Pérdida de señal)

MAIS Multiframe Alarm Indication Signal (Señal de indicación de alarma enmultitrama)

MAN Metropolitan Area Network (Red de área metropolitana)

MENPET Ministerio de Energía y Petróleo

MFAS Multiframe Alarm Signal (Señal de alarma en multitrama)

MPLS Multi Protocol Label Switching (Conmutación de etiquetasmultiprotocolo)

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MRAI Multifrane Remote Alarm Indicator (Indicador de alarma remota enmultitrama)

MSOH Multiplex Section Overhead (Encabezado de Sección de Multiplexación

MTU Maximum Transmission Unit (Unidad máxima de transmisión)

NFAS Non Facility Associated Signaling (Señalización no asociada a lainfraestructura)

OAyM Operación, Administración y Mantenimiento

PCM Pulse Code Modulation (Modulación por pulsos codificados)

PDH Plesiochronous Digital Hierarchy (Jerarquía digital plesiócrona)

PDVSA Petróleos de Venezuela Sociedad Anónima

PLC Programmable Logic Controller (Controlador lógico programable)

POH Path Overhead (Encabezado de ruta)

PTR AU Pointer of Administrative Unit (Puntero de Unidad Administrativa)

QAM Quadrature Amplitude Modulation (Modulación de amplitud encuadratura)

RAI Remote Alarm Indicator (Indicador de alarma remota)

REBE Remote Extreme Block Error (Error de bloque en extremo remoto)

RSOH Regenerating Section Overhead (Encabezado de sección de regeneración)

RTS Request To Send (Solicitud de envío)

RTU Remote Terminal Unit (Unidad terminal remota)

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SCADA Supervisory Control And Data Adquisition (Control supervisorio yadquisición de datos)

SDH Synchronous Digital Hierarchy (Jerarquía digital síncrona)

SDR Signal to Distortion Ratio (Relación señal-distorsión)

SISCO Sistema Integral de Supervisión de Centro Occidente

SISUGAS Sistema de supervisión de gas

SNR Signal to Noise Ratio (Relación Señal Ruido)

SONET Synchronous Optical Network (Red óptica sincrónica)

SS7 Signaling System 7 (Sistema de señalización número 7

STM Synchronous Transport Module (Módulo de transporte síncrono)

TDM Time Division Multiplexing (Multiplexación por división de tiempo)

TIMS Transmission Impairment Measurement Set (Equipo de medición deafectación en la transmisión)

TMN Telecomunications Management Network (Red de gestión detelecomunicaciones)

UHF Ultra High Frequency (Ultra alta frecuencia)

UIT Unión Internacional de Telecomunicaciones

VC Virtual Container (Contenedor Virtual)

WAN Wide Area Network (Red de área amplia)

WLAN Wireless Local Area Network (Red local inalámbrica)

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INTRODUCCIÓN

La infraestructura y los servicios de telecomunicaciones se han convertido en uncomponente crítico e indispensable en el funcionamiento de las empresas, organiza-ciones y gobiernos actuales. A tal punto que no es posible concebir a alguna de estasentidades que no se apoye en un uso masivo de una gama de tecnologías, sistemasy redes que soporten el tráfico de distintos tipos de servicios, cada uno de ellos concaracterísticas y exigencias diversas, cada uno de ellos planteando retos específicos dediseño, implementación y operación.

Un caso particular es el de las empresas dedicadas a la extracción, procesamien-to, comercialización, transporte y distribución de hidrocarburos. Éstas, en consonanciacon la magnitud de sus operaciones, la extensión de su ámbito geográfico de acción, asícomo con los montos financieros asociados a tales actividades, se ven en la necesidadde instalar, mantener, operar y eventualmente ampliar y migrar, amplias y robustasredes de transmisión de voz, datos y video. Satisfaciendo distintas exigencias en cuantoa ancho de banda, retardo, disponibilidad y calidad de servicio; en apoyo a la tomadecisiones a nivel directivo, a las tareas administrativas y de negocios en el ámbitogerencial, y muy especialmente a los procesos operativos industriales que conformanel núcleo fundamental de sus actividades.

Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) y sus empresas filiales, es una corpora-ción estatal propiedad de la República Bolivariana de Venezuela, creada por el estadovenezolano a raíz de la nacionalización de la industria petrolera, en cumplimiento dela Ley Orgánica que reserva al estado, la explotación y el comercio de Hidrocarburos(Ley de Nacionalización). Sus operaciones son controladas por el Ministerio del PoderPopular para la Energía y Petróleo (MENPET). Actualmente, según el volumen de susingresos, se encuentra ubicada entre las 50 empresas más grandes del mundo [1].

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La red de telecomunicaciones de PDVSA transporta información de diversa ín-dole, y por tanto presenta distintos requerimientos en cuanto a ancho de bando, retardo,calidad de servicio, tiempo de acceso y disponibilidad. Uno de los tipos de datos máscríticos son los originados por el sistema telemetría asociado a estaciones de bombeode gas; los cuales presentan modestas exigencias en cuanto a ancho de banda, pero muyestrictos parámetros de disponibilidad y continuidad de servicio.

Actualmente la empresa se encuentra en un proceso de actualización de su redde telecomunicaciones, y de migración de los servicios que ésta soporta, hacia nue-vas tecnologías que provean mejores prestaciones, mayor flexibilidad y más ampliascapacidades de administración y gestión.

El presente trabajo tiene como objetivo el diseño de un esquema de canalizacióny multiplexación que permita migrar y actualizar los servicios de telecomunicacionesque dan soporte a la transmisión de datos de telemetría, así como la descripción ydocumentación del proceso de implementación del esquema propuesto, dentro de lared troncal de PDVSA región centro.

Este volumen, en el cual se describe en forma pormenorizada tanto los aspectosmetodológicos, como los aspectos de índole práctico del trabajo realizado, está estruc-turado de la siguiente forma;

El Capítulo I presenta el planteamiento del problema, describiendo con detallela necesidad que se requería solventar. Se exponen en este capítulo las justificación ylos antecedentes que sustentan la realización de este trabajo. Los objetivos generales yespecíficos también se presentan aquí. Se incluye una introducción a la topología de lared troncal de PDVSA región centro, haciendo específico énfasis en el soporte que éstapresta a la transmisión y el transporte de información asociada a puntos de telemetríade estaciones de gas.

El capítulo II consiste en una reseña, a modo de introducción, de la empresa en lacual se realizó la pasantía; se presenta un esbozo histórico de la misma, se exponen sumisión, su visión, así como sus objetivos. Se presenta también la estructura organizativade la gerencia y departamentos involucrados.

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El capítulo III tiene como finalidad exponer el basamento teórico conceptualque sustenta a las tecnologías y sistemas que fueron empleadas en el desarrollo lasactividades aquí se exponen. Se parte desde los conceptos de base fundamentales, yse sigue la evolución de los mismos hasta la conformación de complejas y robustastecnologías de multiplexación y transmisión características de las modernas redes detelecomunicaciones. Se incluyen en este capítulo los protocolos de estandarización quedefinen y rigen las tecnologías de interés, como norma definitiva para la implementa-ción e interoperabilidad de las mismas, así como para la verificación de la conformidadde su funcionamiento. Se da también aquí una breve reseña de las telecomunicacionesindustriales, específicamente en cuanto a lo relativo a telemetría y supervisión remotade procesos industriales complejos y ampliamente distribuidos geográficamente.

En el capítulo IV se documentan en forma pormenorizada las actividades prác-ticas llevadas a cabo; se hace un registro fotográfico reseñado de las instalaciones yequipos de trabajo, se describe el proceso de instalación física de los equipos asignados,de su interconexión y comunicación con el equipamiento de transmisión, a objeto de suintegración a la red, así como de su configuración y puesta a punto.

En el capítulo V se presentan los resultados de las pruebas de conformidadrealizadas al canal de comunicación creado, luego de configurado el mismo y de serllevada a cabo la integración descrita en el capítulo precedente. Se describen estaspruebas con detalle, se incluyen las normas y estándares que determinan las realizaciónde las mismas, así como los valores aceptados por éstas. Se dan las especificacionestécnicas del equipamiento utilizado y se presentan los valores alcanzados. Se exponetambién en este capítulo una propuesta técnica para la optimización de la red troncal,específicamente en la capa de acceso que canaliza los servicios de telemetría, la cualfue elaborada en base a la experiencia obtenida durante la implementación, así comoen función de las características del equipo asignado.

Se presentan en último lugar las conclusiones obtenidas luego de la documenta-ción teórica, de la recopilación de la información y de los datos concretos de la topolo-gía de red en base a la cual se trabajó, y específicamente de la experiencia obtenida en laimplementación que se describe con detalle. Se presentan las conclusiones específicas,relativas a la situación particular bajo estudio. Se presentan además conclusiones dealcance más amplio, las cuales abarcan un espectro de aplicación más general.

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CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La red troncal de telecomunicaciones de PDVSA región centro, está compuestaen su mayor parte por radio enlaces de microondas, los cuales soportan el tráfico dediversas tecnologías de transmisión (PDH, SDH, Metro Ethernet). Entre el tipo dedatos más crítico que soporta esta red, se encuentra la información de telemetría deválvulas de gas proveniente del sistema SISCO (sistema integral de supervisión decentro occidente), asociado al monitoreo de variables físicas en un poliducto en esaregión del país. Actualmente la información proveniente de ese sistema se canaliza através de un banco de canales TDM en tecnología PDH, que se encuentra en la sedecentral de PDVSA en La Campiña, Caracas.

Gracias al avance tecnológico, los sistemas de transporte TDM han evolucionadohacia sistema síncronos (SDH), que proporcionan una mayor flexibilidad, y una supe-rior capacidad de gestión, operación y mantenimiento. Debido a ello, existe interés enmigrar hacia otras tecnologías (IP, SDH) los servicios de telemetría que actualmentehacen uso de equipos PDH, con vistas a un eventual abandono total de esta tecnología.

Para este fin específico, la gerencia AIT (automatización, informática y teleco-municaciones) de PDVSA región centro, responsable de la migración, ha asignadoun número de equipos marca ALCATEL modelo Main Street 3600 ; conmutadores ymultiplexores que soportan diversas tecnologías de conmutación y transmisión, loscuales presentan características técnicas que han sido considerados apropiadas parael objetivo que se persigue.

Se plantea entonces el estudio de la situación del banco de canales que soporta eltráfico de información de telemetría, la proposición de un nuevo esquema de canaliza-ción y multiplexación que permita la migración de tales servicios a nuevas tecnologías.

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El estudio de la configuración de tal esquema empleando los equipos destinados a talfin, la implementación del mismo, y la ulterior evaluación de los servicios migrados.

En particular se ha buscado encontrar respuesta a las siguientes interrogantes:¿cuál era la situación del sistema de transporte que soporta los servicios de teleme-tría?, ¿cuál es el esquema más adecuado para canalizar y multiplexar tales serviciosempleando nuevas tecnologías (SDH)?, ¿cuál es la forma de configuración y operacióndel equipo ALCATEL modelo Main Street 3600, que permita realizar la tarea que sepersigue?, ¿qué ventajas presenta la implementación de tal esquema?, y en definitiva;¿qué dificultades surgieron durante todo el proceso y qué lecciones se han aprendidodurante el mismo?.

1.1. Antecedentes y justificación

Las actividades realizadas en el marco del presente trabajo de grado se inscribenen las labores desempeñadas por el departamento de transmisión perteneciente a lagerencia AIT (automatización, informática y telecomunicaciones), de la corporaciónPDVSA, el cual tiene como función el garantizar la continuidad operativa en la pla-taforma tecnológica de todos los radioenlaces de microondas en redes troncales yredes secundarias en la localidad de Caracas y Vargas, así como los radios móvilesoperacionales, telemetría de válvulas de gas y circuito radial PDVSA a nivel nacional.

La red y la infraestructura que dan soporte a tales actividades, está compuesta porocho (8) estaciones de telecomunicaciones, cincuenta y una (51) localidades y edificiosadministrativos y diecisiete (17) estaciones de telemetría de PDVSA GAS.

Se impone por tanto, dada la magnitud e importancia de las operaciones soporta-das, un estudio detallado, un adecuado planeamiento y una implementación cuidadosay supervisada de toda mejora o actualización que sea propuesta y que se pretendaimplementar.

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1.2. Objetivo general

Diseñar un esquema de canalización y multiplexación que permita migrar y ac-tualizar los servicios de telecomunicaciones existentes que dan soporte a la trasmisiónde datos de telemetría en la red troncal de PDVSA región centro.

1.3. Objetivos específicos

(a) Realizar un estudio documental de los fundamentos teóricos que sirven de basea las tecnologías a ser empleadas, particularmente de los métodos estandarizadosde multiplexación digital, sus diversas jerarquías, así como de los pormenoresrelacionados con la conformación y transmisión de los canales de datos que lascomponen.

(b) Describir los aspectos prácticos relacionados con el manejo, configuración yoperación de los equipos de canalización y multiplexación digital que prestanservicio en la red troncal de PDVSA.

(c) Analizar la topología de la red troncal de PDVSA región centro, tanto a nivel fí-sico como lógico, haciendo énfasis en el soporte que ésta ofrece para el adecuadofuncionamiento del sistema de telemetría y adquisición remota de datos.

(d) Proponer un esquema de canalización y multiplexación para los servicios detransmisión de datos asociados a telemetría, que permita su migración y actuali-zación dentro de la red troncal de PDVSA región centro.

(e) Realizar una evaluación comparativa entre los servicios que en apoyo a la trans-misión de datos asociados a telemetría, ofrece actualmente la red troncal dePDVSA región centro, y aquellos que resulten del esquema de canalización ymultiplexación planteado en el trabajo que aquí se expone. Teniendo en cuenta atal efecto aspectos tales como disponibilidad, tiempo de acceso, interoperabilidady otros que se consideren oportunos.

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CAPÍTULO II

RESEÑA DE LA EMPRESA

2.1. Presentación de la empresa

Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) y sus empresas filiales, es una corpora-ción estatal propiedad de la República Bolivariana de Venezuela, creada por el estadovenezolano a raíz de la nacionalización de la industria petrolera, en cumplimiento dela Ley Orgánica que reserva al estado, la explotación y el comercio de Hidrocarburos(Ley de Nacionalización). Sus operaciones son controladas por el Ministerio del PoderPopular para la Energía y Petróleo (MENPET). Actualmente, según el volumen de susingresos, se encuentra ubicada entre las 50 empresas más grandes del mundo [1].

2.1.1. Actividades a las que se dedica

Según la página web oficial de petróleos de Venezuela (www.pdvsa.com):

“Petróleos de Venezuela S.A. es la corporación estatal de la República

Bolivariana de Venezuela que se encarga de la exploración, producción,

manufactura, transporte y mercadeo de los hidrocarburos, de manera

eficiente, rentable, segura, transparente y comprometida con la protección

ambiental; con el fin último de motorizar el desarrollo armónico del país,

afianzar el uso soberano de los recursos, potenciar el desarrollo endógeno

y propiciar una existencia digna y provechosa para el pueblo venezolano,

propietario de la riqueza del subsuelo nacional y único dueño de esta

empresa operadora.”

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2.1.2. Reseña histórica

A raíz del cumplimiento de la Ley Orgánica que reserva al Estado la industria yel comercio de los hidrocarburos de 1975, fue creada y nacionalizada la Corporación.En la Constitución de 1999, se indica que el Estado debe mantener la soberanía delos hidrocarburos que se encuentran en subsuelo venezolano y no deben ser cedidas aparticulares, sin embargo, la empresa puede asociarse y entregar concesiones para laprestación de servicio asociados a sus productos que labora y a las actividades que leson propias.

2.1.3. Misión

Es una empresa estratégica del estado venezolano que se encarga de la explora-ción, producción, comercio y suministro de hidrocarburos. También es corresponsablede la transformación de la Nación, comprometida con la defensa de la soberanía ener-gética y el deber de agregar el mayor valor posible al recurso petrolero, guiados porlos principios de unidad de comando, trabajo en equipo, colaboración espontánea y usoeficiente de los recursos.

2.1.4. Visión

Ser una empresa socialista que contribuya al desarrollo nacional y por con-secuencia a la seguridad de la nación, y de todo lo que ello implica, a través delbeneficio generado con la comercialización de sus productos y sus aportes al fisconacional. Unido a todo lo anterior, existe todo un ámbito de corresponsabilidad queviene dado por la nueva visión que tiene PDVSA al relacionarse con su entorno y darlepreponderancia al pueblo venezolano como propietario del petróleo y receptor final delos beneficios que producen los hidrocarburos y sus derivados. Tanto las comunidades,como las cooperativas y la principal industria del país se unen para integrarse dentro delos programas y proyectos, dentro de un ambiente de cooperación y pro-actividad.

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2.1.5. Objetivos de la Organización

El objetivo central de PDVSA es la valorización del recurso natural, el petróleo,que es un bien común de los venezolanos y la principal riqueza de la nación venezolana.En consecuencia, la conformación organizativa de la empresa debe responder a eseobjetivo.

De acuerdo a los lineamientos internos de la Industria Petrolera venezolana, entrelos objetivos específicos se encuentran:

Desarrollar tecnologías que permitan incrementar el factor de recobro.

Generar soluciones tecnológicas integrales a la medida de los negocios, conespecial énfasis en crudos pesados y extra pesados.

Apoyar el desarrollo de Gas Costa Afuera en el país.

Impulsar y garantizar la correcta gestión ambiental de las operaciones de PDVSA.

Desarrollar tecnologías de refinación dirigidas a procesar dietas de crudos pesa-dos.

Fortalecer las relaciones de cooperación en las áreas de ciencia y tecnologíaentre PDVSA, las universidades y otras instituciones, para elaborar propuestasde valor.

Establecer nuevos esquemas para adoptar tecnologías de punta.

Fortalecer la explotación en áreas cercanas a desarrollos actuales.

Apalancar el desarrollo endógeno sostenible.

Cerrar brechas para garantizar el logro de objetivos.

9

Figura 2.1: Organigrama general de PDVSA

2.1.6. Organigrama general de la Empresa

El mayor nivel de jerarquía del organigrama general de Petróleos de Venezuela,S.A es la Presidencia, seguidamente en el segundo eslabón del organigrama están laVicepresidencia de Exploración y Producción y la Vicepresidencia de Refinación. LasDirecciones Internas y Externas son el tercer eslabón del organigrama de la empresay conjuntamente con la Presidencia y las Vicepresidencias forman parte de la JuntaDirectiva de Petróleos de Venezuela. En el cuarto eslabón se conforman las DireccionesEjecutivas y las Gerencias Corporativas de las cuales se forman los diferentes negociosdel organigrama de Petróleos de Venezuela, S.A. (ver Figura 2.1).

2.1.7. Organigrama del Departamento donde se realizó la Pasantía

La Dirección Ejecutiva de AIT es la encargada de la automatización, informáticay las telecomunicaciones dentro de la estructura de PDVSA.

En el árbol organizacional de esta dirección se desprenden en su segundo eslabónlas Gerencias Funcionales por regiones, las cuales desempeñan un papel operativo o

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Figura 2.2: Organigrama de la gerencia de AIT

administrativo por territorio definido. Las actividades relativas a este trabajo especialde grado fueron llevadas a cabo en la Gerencia Funcional AIT Región Centro bajo lafigura de Analista de Mantenimiento a la Plataforma, el cual forma parte del últimoeslabón de la estructura organizativa de la Dirección Ejecutiva de AIT (ver Figura 2.2).

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CAPÍTULO III

MARCO TEÓRICO

El presente capítulo tiene por objeto el presentar, de manera sucinta y concisa, elbasamento teórico conceptual que soporta la investigación y el desarrollo del que sonobjeto el presente trabajo de grado. A tal fin se realiza una exposición de las técnicas ytecnologías que subyacen en la implementación de base de la situación originalmentepresentada, así como aquellas que fueron empleadas y puestas en práctica en el desa-rrollo de la solución planteada.

Se hace aquí una exposición y revisión de conceptos esenciales tales como elproceso de conversión analógico-digital, muestreo, cuantificación y codificación quesirve de base a la modulación por pulsos codificados PCM, así como de la técnicaagrupamiento de diversos flujos y canales de datos a objeto de aumentar la capacidadde transmisión de información en base a la multiplexación por división de tiempo TDM.Se presenta también la portadora digital E1, incluyendo su proceso de estructuración,así como sus mecanismos de señalización, además de su uso como base para la confor-mación de jerarquías superiores.

Luego se exponen las tecnologías de multiplexación digital plesiócrona (PDH) ysíncrona (SDH); se examinan su formas de funcionamiento y los procedimientos que lasestructuran, así mismo se presentan y examinan los estándares que las definen, haciendoénfasis en los mecanismos de gestión, control y supervisión que éstos contemplan.

Se revisan por último, a modo indicativo, técnicas y conceptos básicos de ad-quisición de datos y telecomunicaciones industriales, tales como telemetría y SCADA.En este punto se hace especial énfasis en los protocolos y estándares generalmenteaceptados y de uso más difundido en la industria.

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3.1. Modulación por pulsos codificados PCM

La modulación por pulsos codificados (PCM) es una técnica que permite larepresentación digital de señales que son analógicas por naturaleza. En esta técnica,la amplitud de una señal es muestreada a intervalos regulares, luego, cada muestra escuantizada al valor más cercano dentro de un rango de valores discretos, los cuales sonrepresentados luego de forma binaria.

La información contenida en una señal analógica es transportada por el valoro la magnitud de alguna (o varias) de las características de la señal, tales como laamplitud, la frecuencia o fase de la tensión, la dirección de un impulso o la magnitudde alguna variable física. A fin de extraer esta información es necesario comparar elvalor o la magnitud con alguna referencia estándar. El contenido de información de unaseñal digital es referido a estados discretos de ésta, tales como presencia o ausencia devoltaje, la posición abierta o cerrada de un contacto o la pendiente positiva o negativade una variable. El significado de la señal viene dado en base a la asignación devalores numéricos u otra información a las diversas combinaciones posibles de estadosdiscretos.

La principal ventaja de la modulación por pulsos codificados PCM radica en elcarácter digital de la forma de onda generada, la cual es menos susceptible al ruidoy a la interferencia que las señales analógicas. Esto es es debido que, a fin de extraerla información contenida en ellas, las ondas digitales no requieren ser reproducidasen la forma exacta en que fueron generadas. Su baja susceptibilidad al ruido permiteque las señales PCM puedan ser transmitidas, regeneradas y amplificadas, a distanciasmucho mayores que sus contrapartes analógicas, sin degradación, distorsión ni pérdidade información.

3.1.1. El canal vocal

Los equipos de transmisión empleados en los modernos sistemas de telecomu-nicaciones, aparte del telefónico, están en su mayoría proyectados para funcionar en labanda de frecuencia de uno o varios canales de voz o en una fracción de éste.

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La definición exacta de canal vocal puede variar según sea la utilización que sehaga de él o según los requisitos que se le impongan. No obstante, a pesar de la granvariedad de usos y a la diversa calidad de los sistemas de transmisión empleados, loscanales vocales tienen un común denominador: todos se determinan primordialmentede acuerdo con las características de la voz y oído humanos.

La calidad de un canal telefónico puede medirse en función del grado de inteli-gibilidad y del nivel de intensidad con que se escuchan los sonidos que se transmitenpor el canal. La energía de la voz, es decir, su intensidad, se concentra casi toda en lagama de frecuencias bajas, mientras que la inteligibilidad viene determinada por lascomponentes a frecuencias altas. Si no se transmitiera las frecuencias inferiores a 1kHz, la inteligibilidad en el extremo receptor sería del 86 % pero la intensidad caeríaal 17 %. Por otro lado, si sólo se transmitiera las frecuencias inferiores a 1 kHz, lainteligibilidad sería del 42 % y la intensidad del 83 %, como se puede apreciar en laFigura 3.1.

Figura 3.1: Porcentajes de inteligibilidad y energía en canales de voz

Por tanto, el canal vocal debe permitir el paso de componentes tanto de bajascomo de altas frecuencias, siendo por tanto necesario alcanzar un compromiso debidoa la limitada disponibilidad de ancho de banda; como como resultado, se ha establecidoun canal de aproximadamente 3 kHz de ancho. Por lo general, la banda de transmisióndel canal de voz abarca aproximadamente de 300 a 3300 Hz.

Estadísticamente se ha determinado que una conversación normal contiene un75 % de redundancia; por tanto cualquier pérdida puntual de alguna sílaba o incluso deuna palabra, durante el transcurso de una conversación telefónica, puede ser deducidapor el interlocutor en base al contexto en el cual se inserta la frase. Por tanto, los

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requisitos de transmisión de voz son mucho menos estrictos que en otras formas detransmisión.

En la transmisión de datos el ancho de banda necesario del canal aumenta enrelación directa con la velocidad de transmisión. La transmisión de datos a alta veloci-dad puede ocupar un ancho de banda equivalente a muchos canales de voz; de hecho,el canal para transmitir la voz digitalizada (a 64 kbps) es el canal de base de todoslos sistemas digitales de alta velocidad modernos, como se verá más adelante. Cuandoun sistema de transmisión digital funciona por un canal de voz, la información puedeenviarse a una velocidad que puede llegar hasta los 14400 bps con una velocidad demodulación máxima de 2400 baudios. Con métodos de codificación y modulación mássofisticados y con técnicas de control de error y compresión de datos, se puede alcanzarvelocidades muy superiores.

3.1.2. Conformación del flujo PCM

La modulación por pulsos codificados es una técnica estandarizada y de am-plio uso en el sistema telefónico, para transformar una señal analógica (en este casocontenida en la banda vocal). La señal analógica es en primer lugar muestreada a unafrecuencia de muestreo específica (8 kHz en el caso de la red telefónica) que resulteconveniente según las características de la señal analógica original. Luego cada una delas muestras obtenidas es cuantizada en niveles que van desde 1 a 256, para finalmenteser codificada en palabras digitales de 8 bits, este proceso se esquematiza en la figura3.2.

Previo a la conversión de una señal analógica en una representación digital dela misma, se requiere su adaptación; lo que comprende en primer lugar una posibleamplificación de sus niveles de amplitud, así como una discriminación de sus compo-nentes espectrales, es decir un filtrado en frecuencia. Ambos pasos son realizados en eldominio analógico.

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Figura 3.2: Esquema simplificado de los tres procesos fundamentales de la codificación PCM

3.1.3. Muestreo

Durante el proceso de muestreo, la señal analógica, con su característica intrín-seca de poseer valores definidos continuos en el tiempo, es convertida a una representa-ción en la cual su valor se conoce únicamente en puntos discretos de tiempo, conocidoscomo instantes de muestreo. Si estos puntos se encuentran lo suficientemente cercanos,una curva “suave” que pase a través de ellos permitirá interpolar los valores intermedioscon cierto grado de precisión (Teorema de Shannon). Es posible por tanto, decir que unacurva continua puede ser adecuadamente descrita (dentro de cierto rango de precisión)únicamente por muestras de la misma definidas en instantes discretos de tiempo.

Si la frecuencia fs de muestreo es dos veces mayor que la componente de mayorfrecuencia, B , de la señal, entonces ésta puede ser completamente descrita únicamentepor sus muestras en estos instantes de tiempo. Esto es, fs > 2B. Esta frecuencia mínimade muestreo se conoce como frecuencia de Nyquist. El tiempo de muestreo Ts es:

Ts =1fs<

12B

(3.1)

y1

2Bes el tiempo de muestreo máximo.

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Figura 3.3: Muestreo de una señal analógica

3.1.4. Cuantificación

A objeto de transmitir un conjunto de valores muestreados a través de un sistemadigital, cada una de las muestras debe ser representada en forma numérica. Esto exigeque se lleve a cabo un proceso de cuantificación, donde cada una de los valores exactosde las muestras es redondeado al valor numérico más cercano dentro de un conjunto devalores dado.

En general, la cuantificación transforma un conjunto infinito de amplitudes en unconjunto finito de N amplitudes; como consecuencia, después de la conversión la señalx(t) nunca podrá ser recuperada exactamente en su forma original (aún en el caso deque el ruido de transmisión sea nulo) debido al denominado “ruido de cuantificación”.En efecto, el proceso de cuantificación introduce una cantidad inicial de distorsión,la cual es inherente al sistema pero que puede ser controlada y hecha tan pequeñacomo se requiera, dependiendo del número de niveles de cuantificación elegidos. Estosignifica que la señal original puede aproximarse mediante una señal que se construyea partir de un conjunto disponible de amplitudes discretas elegidas sobre una base deerror mínimo. La existencia de un número finito de niveles de amplitud discreta es unacondición básica en PCM. Como se estableció anteriormente, si se asignan niveles deamplitud discreta con un espaciamiento lo suficientemente pequeño, se puede lograrque la señal cuantificada prácticamente no se distinga de la señal original.

Mientras mayor es el número de niveles de cuantificación que se empleen, mayorserá la exactitud, y por tanto mejor será el desempeño obtenido del sistema. Para unacodificación binaria, el número de niveles de cuantificación es q = 2n, donde q denotael número de niveles de cuantificación y n es la longitud en bits de las palabras-códigobinarias que describen los valores muestreados.

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Figura 3.4: Cuantificación y ruido

Error de cuantificación

Dado que el muestreo del valor de los valores temporales de la señal de interés serealiza con cierta precisión determinada, la longitud del número binario asociado a unamuestra estará directamente determinado por esta precisión. Mientras más precisa seala medición efectuada, de mayor importancia resultará el número de elementos binarioscorrespondientes a la muestra.

La anchura de cada intervalo de cuantificación es el cociente entre el valor pico-pico de la entrada y el número de intervalos de cuantificación. Por tanto, cuando laescala de medida es lineal (ver figura 3.5), el valor ∆ de cada escalón es :

∆ =Vpp

2n (3.2)

El límite inferior de la elección del valor de ∆ estará dado por el desempeño de latecnología empleada.

La cuantificación es el procedimiento que convierte a la gama infinita de valoresdel rango dinámico de la muestra en un número finito (discreto) de valores-segmento(intervalos de cuantificación) y a cada uno de ellos le asigna un nivel o valor de cuanti-ficación.

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Figura 3.5: Intervalos de cuantificación PCM (para n = 8)

En la práctica, la cuantificación se efectúa con operaciones de decisión. El cir-cuito de decisión determina si la señal o valor de una muestra supero o no un nivel dedecisión dado y, de acuerdo con esto, los clasifica en uno u otro intervalo de cuantifica-ción.

Dos niveles de decisión adyacentes circunscriben a un intervalo de cuantifica-ción, en el cual todos los niveles posibles de la señal serán representados o reemplaza-dos por el nivel de cuantificación.

La distorsión introducida por la diferencia entre el valor exacto de la muestra yel valor cuantificado, se denomina error de cuantificación e, de tal manera que e ≤ ∆/2.

Cuantificación uniforme y no uniforme

La cuantificación es uniforme cuando los niveles de cuantificación están espacia-dos uniformemente, es decir, cuando los pasos de la función de cuantificación, como laque se muestra en la figura 3.6 tienen la misma altura.

En algunas aplicaciones, tales como telefonía y procesamiento de imágenes,resulta conveniente cuantificar los valores pequeños de la señal de entrada de unaforma más “granular”, es decir, con un mayor número de niveles de cuantificación conrespecto a los niveles altos de la señal de entrada, tal situación se ilustra en la figura 3.7

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Figura 3.6: Cuantificación uniforme

Figura 3.7: Cuantificación no uniforme

La mejora en la distorsión de la cuantización obtenida al doblar el número deintervalos de cuantificación, puede ser determinada en base a la relación (3.2), en laforma siguiente;

20 log∆

∆/2= 20 log

Vpp/2n

Vpp/2n+1 =2n+1Vpp

2nVpp= 20 log 2 ≈ 6 dB (3.3)

Lo cual es válido solamente para la cuantificación lineal. De esta manera, incre-mentando el numero de pasos por una cantidad fija determinada, se reduce la distorsiónde cuantificación proporcionalmente.

La cuantificación lineal no es una solución óptima dado que para los valores ba-jos de la señal de entrada, la relación señal-ruido resulta demasiado baja. Mientras quepara altos niveles de señal de entrada, y dado que el ruido de cuantificación permanece

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constante, debe tolerarse en este caso un alto nivel de ruido. Por tanto, han debido serdefinidos niveles de cuantificación de tal manera que su desempeño resultase aceptablesobre un amplio rango dinámico.

En este sentido, la transmisión vocal representa un problema, al tener un ampliorango dinámico; en el orden de los 50 dB. Esto es, el rango que va desde los nivelesvolumen más altos hasta los más bajos. Empleando cuantificación lineal, se requerirían2048 pasos discretos de cuantificación para lograr cierta fidelidad en la reproducción.Puesto que 2048 es 211, esto significa que se necesitaría un código de 11 bits. Tal código,asumiendo una velocidad de muestreo de 8000 muestras por segundo (la necesaria parala banda vocal, ver sección 3.1.3), requeriría una velocidad de transmisión de datos de88.000 bps, la cual obviamente resulta demasiado alta, requiriendo también por tantoun alto ancho de banda para su transmisión (88 kHz es este caso, asumiendo 1 bit porHz, aunque este factor está sujeto al tipo de modulación empleada).

Compansión

Como se ha dicho, en un sistema PCM lineal el tamaño de cada intervalo decuantificación está determinado por los niveles de la relación SNR requeridos por losniveles de señales más bajos a ser codificados. Al ser lineal, estos mismos pasos decuantificación también se mantienen para los valores mayores de la señal, los cualestienen mucho mejor (mayor) relación SNR.

Una manera más eficiente de realizar la codificación se consigue si los intervalosde cuantificación se incrementan con los valores de las muestras. Cuando el intervalo decuantificación es directamente proporcional al valor de la muestra (se asignan pequeñosintervalos de cuantificación a los niveles bajos de la señal e intervalos más espaciadospara los valores de señal mayores), la relación SNR puede mantener constante paratodos los niveles de señal. Al emplear esta técnica, menos bits por muestra se requierenpara alcanzar una relación SNR específica para los niveles de señal bajos y un adecuadorango dinámico para los niveles altos. En este caso, los niveles de cuantificación no sonconstantes y por tanto no existirá una relación lineal entre las palabras-código y losvalores que ellas representan.

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Para producir una cuantificación no lineal, la señal en banda base debe pasara través de un amplificador no lineal con características de entrada-salida como lasmostradas en la figura 3.8. Las señales de bajo nivel resultan amplificadas mientrasque las de alto nivel resultan atenuadas. Mientras mayor es el valor de la muestra,mayor resulta el nivel de compresión aplicado. En el lado de recepción se aplica elprocedimiento inverso, expandiendo por tanto los valores previamente comprimidosmediante la aplicación de una curva con las características inversas, a fin de recuperarla forma original de la señal. Al proceso de comprensión y expansión se le conoce portanto como compansión.

Figura 3.8: Compansión

Existen dos esquemas de compansión de uso en las redes de telecomunicaciones;conocidos ley-µ y como ley-A, los cuales se describen a continuación.

Ley-µ

Las funciones de compresión y de posterior expansión son de tipo logarítmico.Una curva semi logarítmica compuesta de segmentos lineales confiere granularidad finaa las señales de bajo nivel y menos granularidad a las señales de nivel más alto. La curvacorrespondiente a la ley-µ viene dada por la fórmula;

Z(x) = sgn(x) ·ln (1 + µ|x|)

ln(1 + µ)(3.4)

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donde x es la amplitud de la señal de entrada y µ = 100 para el sistema T1 (DS1) deorigen estadounidense, definido por la recomendación UIT G.733; ver [2] y [3].

Ley-A

Por otra parte, la ley-A está definida como:

Z(x) =

⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩A|x|

1 + ln(A)para 0 ≤ |x| ≤

1A

1 + ln |Ax|1 + ln(A)

para1A≤ |x| ≤ 1

(3.5)

Una expresión comúnmente utilizada al estudiar la calidad de una señal PCMes la relación señal-distorsión (SDR, expresada en dB). Los parámetros A y µ, de lascorrespondientes técnicas de compansión, determinan el rango sobre el cual la relaciónseñal-distorsión es comparativamente constante; alrededor de 26 dB. Para la ley-A, sepuede esperar una relación SDR=37,5 dB (A=87,6), mientras que en el caso de la ley-µun valor típico es SDR=37 dB (para µ=255) [4].

3.1.5. Codificación

Durante el proceso de codificación se asigna a cada uno de los niveles cuan-tificados un correspondiente y único código binario. En la práctica, los procesos decuantificación y codificación se llevan a cabo en forma simultánea, por un único circuitoADC (Analog to Digital Converter; convertidor digital analógico), llevándose a cabo elproceso inverso en el extremo receptor mediante un DAC (Digital to Analog Converter;convertidor analógico digital).

Adicionalmente, previo a su transmisión a través de algún canal apto para ello(con sus correspondientes características de ancho de banda, atenuación, retardo, dis-persión, ruido, interferencia, etc) y con el posible empleo de algún mecanismo demodulación digital, se realiza un proceso de codificación de linea, el cual hace másrobusta la transmisión de la señal, y asegura además la correcta sincronización de loselementos de procesamiento digital que intervienen en su transmisión y procesamiento.

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Codificación binaria

En el proceso de codificación digital PCM cada muestra es representada comouna de entre un conjunto de palabras binarias de 8 bits (28 = 256 valores posibles). Lacurva de compansión correspondiente a la Ley-A (utilizada en los sistemas que se basanen la portadora digital E1) se observa en la figura 3.9. Nótese que la curva consiste ensegmentos lineales a trozos; 7 de ellos sobre el origen y otros 7 con signo negativo.Contando los elementos colineales que pasan a través del origen, se tienen 16 de ellosen total. Cada segmento tiene 16 palabras código binarias PCM asociadas a él.

Figura 3.9: Aproximación de 16 segmentos a la curva de la Ley-A

El primer bit (el más significativo) indica la polaridad de la muestra; si la mismaes positiva o negativa. Puede observarse que todas las palabras PCM por encima delorigen comienzan con un 1 binario, mientras que aquellas por debajo del origen co-mienzan con un 0 binario. Los siguientes 3 bits en la secuencia identifican el segmento;

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existen 8 (o sus equivalentes colineales) por encima y por debajo del origen. Por último,los 4 último bits menos significativos, indican exactamente en qué posición dentro delsegmento se localiza la muestra específica una vez cuantificada.

Codificación de línea

Cuando las señales PCM son transmitidas a la central telefónica, se encuentrancodificadas en forma bipolar, como se observa en la figura 3.10 Los valores de 1slógicos tienen un 50 % de ciclo de trabajo (duty cycle). Esta codificación tiene lassiguientes ventajas:

(a) No requiere conexión DC, por lo cual puede se utilizado en lineas con acopla-miento capacitivo.

(b) El espectro de potencia de la señal transmitida está centrado en una frecuenciaequivalente a la mitad del bitrate.

Figura 3.10: Codificación neutral y bipolar

Puede notarse que en la codificación bipolar los 0s se codifican como ausenciade pulsos, mientras que los 1s se codifican en forma alternativa como pulsos positivosy negativos, con la alternancia produciéndose a cada ocurrencia de un 1. Este modo detransmisión se denomina inversión alterna de marca (alternate mark inversion) AMI.

Una desventaja de la codificación AMI es que cuando se transmite una largacadena de 0s (es decir, no se producen transiciones), surge un problema de sincronismodebido a que los repetidores y los decodificadores no tienen forma de extraer el sincro-nismo de la señal sin la ocurrencia de transiciones. Este problema puede ser mitigadoprohibiendo la ocurrencia de largas secuencias de 0s. Se han desarrollado códigos

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bipolares que sin embargo aseguran un número N de transiciones por cada número de0s; se conocen como códigos “BNZS”. Por ejemplo, el código B6ZS sustituye una señalo marca conocida en particular cuando se presenta una secuencia de 6 0s consecutivos.El código B8ZS es empleado en los lazos digitales de abonados e inserta una violaciónconcertada en el código al producirse 8 ceros consecutivos.

Otro tipo de codificación es conocido como HDB3 (high density binary of order

3; Binario de alta densidad de orden 3), donde el número 3 indica la sustitución porsecuencias binarias de más de tres 0s consecutivos. Con HDB3, el segundo y tercer0 de la secuencia son transmitidos son cambios. El cuarto 0 es transmitido con lamisma polaridad de la marca enviada previamente, lo cual es una “violación” delconcepto AMI. El primer 0 puede o no ser modificado hacia un 1, a fin de asegurarque sucesivas violaciones resulten con la polaridad opuesta. HDB3 es utilizado en lossistemas digitales E1 y resulta similar al B3ZS.

3.2. Multiplexación por división de tiempo TDM

Multiplexación por división de tiempo es un tipo de multiplexación digital enel que se transfieren dos o más flujos de bits o señales que aparecen al mismo tiempocomo sub-canales en un canal de comunicación. El dominio del tiempo está divididoen varios intervalos de tiempo recurrentes de longitud fija, uno para cada sub-canal. Unbyte de datos o muestras de bloques de sub-canal 1 se transmite durante el intervalode tiempo de 1, sub-canal 2 durante el intervalo de tiempo 2, etc. Una trama TDMconsiste en una ranura de tiempo por sub-canales más un canal de sincronización y, aveces de canal de corrección de errores antes de la sincronización. Después de la últimasub-canal, corrección de errores, y la sincronización, el ciclo comienza de nuevo conun nuevo marco, a partir de la segunda muestra, byte o bloque de datos de sub-canal 1.

En su forma primaria, TDM se utiliza para la comunicación en modo circuitocon un número fijo de canales y ancho de banda constante por canal.

En 1962, los ingenieros de Bell Labs desarrollaron los primeros bancos del canalD1, lo que combinado 24 llamadas de voz digitalizada a través de cable de cobre de4 hilos entre conmutadores de las oficinas centrales analógicas. Tal configuración se

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originaba en un banco de canales compuesto por intervalos de tiempo que conformabanuna señal digital de 1,544 Mbps en 8.000 tramas separados, cada uno compuesto de24 bytes contiguos. Cada byte representa una sola llamada telefónica codificada enuna señal de tasa de bits constante de 64 kbps. Los bancos de canales empleaban unaposición fija de un byte dentro de la trama para determinar a que llamada que pertenecía.

En las redes de conmutación de circuitos, tales como la red telefónica públicaconmutada existe la necesidad de transmitir llamadas de múltiples abonados a lo largodel mismo medio de transmisión. Para lograr esto, los diseñadores de redes hacen usode TDM, el cual posibilita llevar a cabo conmutación para crear canales o afluentes,dentro de un flujo de transmisión. Una señal de voz estándar DS0 tiene una velocidadde bits de datos de 64 kbps, determinado utilizando el criterio de muestreo de Nyquist(ver sección 3.1). TDM toma tramas de las señales de voz y los multiplexa en una tramaTDM que funciona a un bitrate superior. Por lo tanto, si la trama TDM consiste en n

tramas de voz, el bitrate total será n * 64 kbps.

Cada ranura de tiempo de la muestra de voz en la trama TDM se llama uncanal. En los sistemas europeos, las tramas TDM contienen 30 canales de voz digitales,mientras que en los sistemas estadounidenses, contienen 24 canales. Ambas normastambién contienen bits adicionales para la señalización y los bits de sincronización.

La multiplexación de más de 24 o 30 canales de voz digitales se conoce comomultiplexación de orden mayor. Ésta se alcanza mediante la multiplexación de lastramas TDM estándar. Por ejemplo, un canal de 120 tramas TDM Europeo está formadapor multiplexación de cuatro canales de 30 tramas TDM estándar. En cada multiplexde orden superior, cuatro tramas TDM de la orden inferior inmediata se combinan,dando lugar a la creación de multiplex con un ancho de banda de n * 64 kbit/s, donden = 120, 480, 1920, etc, síncronos de multiplexación por división de tiempo

3.3. Trama digital E1

En 1965, en los Estados Unidos se desarrolló un estándar de multiplexacióndigital en tiempo TDM en base a 24 canales telefónicos digitales de 64 kbps, paraun total de 1.544 Mbps, un formato que se dio a conocer como T1.

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Europa desarrolló su propio estándar de multiplexación TDM alrededor de 1968;esta vez con una capacidad de 32 canales de 64 kbps ( ver figura 3.12). La señalresultante de 2.047 Mbps, fue llamada E1, la cual está estandarizada por la UIT y hasido adoptada mundialmente, con la excepción de los Estados Unidos, Canadá y Japón.Para una señal E1, la tasa agregada de transmisión se obtiene de la siguiente forma:(︀

32canales × 8bits/canal)︀/125µs = 2,048 Mbps (3.6)

La trama digital E1 define un conjunto cíclico de 32 ranuras de tiempo (timeslots)de 8 bits cada una. El timeslot 0 está dedicado a la gestión y administración del sistemade transmisión, mientras que el timeslot 16 se reserva para señalización; el resto fueoriginalmente asignado para la transmisión de voz y datos (ver figura 3.11).

Figura 3.11: Bits de control y señalización de la trama E1

3.3.1. Alineación de trama

En un canal E1, la comunicación consiste en el envío secuencial de tramas con-secutivas desde el transmisor hasta el receptor. El receptor debe recibir una indicaciónmostrando cuando se inicia el primer intervalo de cada trama, de tal manera que pueda

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discriminar en todo momento a qué canal corresponde cada uno de los timeslots enarribo, de tal manera que estos puedan ser demultiplexados correctamente. La sincroni-zación está entonces establecida, conociéndose ésta entonces como alineación de trama.

A objeto de implementar un método para la alineación de las tramas, de talmanera que el receptor sea capaz de discriminar el punto exacto donde ésta comienza,existe la señal de alineación de trama (FAS). En la trama E1 de 2 Mbps, la FAS es unacombinación de 7 bits fijos (“0011011”) transmitidos en la primera ranura de tiempode la trama (“timeslot” cero o TS0). Para que el mecanismo de alineación de mantengacon el tiempo, no es preciso que la FAS sea transmitida durante cada trama. En cambio,esta señal puede ser enviada en tramas alternas. (primera, tercera, quinta, y así enforma sucesiva). En este caso, el TS0 se emplea como el “slot” de sincronismo. ElTS0 del resto de las tramas está por tanto disponible para otras funciones, tales comola transmisión de alarmas.

En el TS0 de tramas que contienen el indicados FAS, el primer bit está dedicadoal código de verificación de redundancia cíclica (CRC). Éste indica si existe uno o másbits errados en un grupo específico de datos recibidos en un bloque previo de ochotramas conocido como submultitrama.

El objetivo de este sistema es evitar pérdida de sincronismo debido a eventualesapariciones del patrón “0011011” en un timeslot distinto al TS0 en una trama con FAS.Para implementar el código CRC en la transmisión de tramas a 2 Mbps, se construyeun código CRC-4 multitrama, compuesto de 16 tramas. Éstas son agrupadas en dosbloques de ocho tramas llamados submultitramas, en función de los cuales se calculauna verificación CRC, o palabra de 4 bits (bits en la posición #1, en tramas con FAS)de la trama inmediatamente posterior.

3.3.2. Monitoreo de errores

El objetivo del monitoreo de errores es el de verificar continuamente la calidad dela transmisión sin alterar el tráfico, y cuando la calidad no alcanza el estándar requerido,tomar las acciones necesarias para mejorarla. El tráfico telefónico es bidireccional, esto

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por tanto implica que dos canales de 2 Mbps y dos direcciones de transmisión debenser considerados.

El código de alineación de redundancia cíclica CRC ocupa solamente hasta seisde los primeros ocho bits del TS0 sin FAS. Existen dos bits en cada segundo bloque osubmultitrama, cuya función consiste en indicar errores de bloque en el otro extremode la comunicación. El mecanismo es el siguiente: Ambos bits, conocidos como bits Etienen “1” como su valor por defecto. Cuando el extremo remoto, que recibe la trabade 2 Mbps, detecta un bloque erróneo, coloca un “0” en el bit E correspondiente albloque en la trama que está siendo enviada de vuelta al transmisor. De esta manera, elextremo lejano de la comunicación resulta informado en el caso de que sean detectadosbloques erróneos en la transmisión: de tal manera que ambos extremos posean la mismainformación: uno de ello a mediante el mecanismo de CRC y el otro por medio del bitE. Si se numeran las tramas dentro de la multitrama desde la 0 hasta la 15, el bit E dela trama 13 se refiere a la submultitrama I (bloque I) recibida en el extremo lejano, y elbit E de la trama 15 se refiere a la submultitrama II (bloque II).

El método ideado para la transmisión de las alarmas hace uso del hecho de quela comunicación en los sistemas telefónicos es siempre bidireccional. De esta manera,dispositivos de multiplexación/demultiplexación se encuentran instalados a extremosdel canal de comunicación para la transmisión y recepción de las tramas. Una alarmadebe ser enviada al transmisor cuando un dispositivo detecta una falla de energía o unerror en el codificador/decodificador (coder/decoder), en alguno de los multiplexoresintermedios. Las señales de error registradas con pérdida de la señal LOS, pérdida dealineación LOF, o una tasa de errores (BER) mayor a 10−3.

El indicador de alarma remota (RAI) se envía en el NFAS de las tramas deretorno, con el tercer bit configurado a “1”. El transmisor entonces evalúa qué tan seriaes la alarma en cuestión, y en base a ello inicia una serie de operaciones, dependiendodel tipo de alarma o condición detectada (ver tabla 3.1).

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ID SignificadoAIS Alarm Indication Signal. Se detecta si existen dos o menos 0s

(UIT G.775)LOF Loss of frame. Se activa luego de tres tramas consecutivas con

FAS (UIT G.706)LOS Loss of signal. Alarma de pérdida de señalRAI Remote alarm indication. Se activa luego de tres tramas

consecutivas con el bit A = 1 (UIT G.732)FAS error Frame aligment signal error. Indica un bit incorrecto en la palabra

de alineaciónBit error Desajuste en la secuencia de bits (cuando la secuencia transmitida

es conocida por el receptor)Code error Violación en la secuencia del códigoCRC-LOM Verificación de redundancia cíclica - pérdida de multitrama. Se

activa si existe una LOF y se desactiva luego de una FAS correctay dos CRC-MFAS (UIT G.706)

CAS-LOM Señalización asociada al canal - Pérdida de multitrama. Seactiva luego de dos errores MFAS consecutivos o luego de dosmultitramas con los bits del timeslot 16 igual a 0 (UIT G.732)

CAS-MRAI Señalización asociada al canal - Indicación de alarma remotaen multitrama. Se detecta luego de dos tramas consecutivas conMRAI = 1 (UIT G.732)

CAS-MAIS Señalización asociada al canal - Señal de indicación de alarma enmultitrama. Es detectada si existen menos de tres 0s en el timeslot16 durante dos multitramas consecutivas

CRC error Error de verificación de código de redundancia cíclica. Se activacuando uno o más bits son erróneos, cuando CRC-LOM estáactivado (UIT G.706)

REBE Error de bloque en el extremo remoto. Se elimina si el primer bitde las tramas 14 y 16 es 0 (UIT G.706)

Tabla 3.1: Indicadores de alarma, errores y eventos en la trama E1

3.3.3. Señalización

Además de la transmisión de información generada por los usuarios de la redtelefónica, resulta necesario también la transmisión de señalización. La señalización serefiere a los protocolos que regulan el intercambio de mensajes de tal manera que losusuarios puedan intercambiar información entre ellos.

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La IEEE define la señalización como “el intercambio de información específica-mente concerniente al establecimiento y control de las conexiones y a la transferenciade información de usuario a usuario e información de gestión en una red de telecomu-nicaciones” [5].

Existe un conjunto de señales que indican cuando un subscriptor ha levantado elteléfono, cuando ha comenzado a marcar un número, que señalan que existe una lla-mada entrante, así como también aquellos que permiten que el canal de comunicaciónpermanezca establecido, entre otros.

En los sistemas PCM-E1 la información de señalización puede ser transmitidamediante dos diferentes métodos: la señalización por canal común (common channelsignaling CCS) y la señalización por canal asociado (channel associated signalingCAS). En la señalización CAS se emplea la la ranura de tiempo (timeslot) 16 de latrama básica de 2 Mbps para la transmisión de información de señalización, mientrasque en el esquema CCS puede ser empleada la misma ranura de tiempo para el estable-cimiento de un canal de señalización común para todos los circuitos transportados porel E1, e incluso para circuitos transportados físicamente por otros E1. Por otra parte,en este esquema, la información de señalización puede se transportada por otro circuitoperteneciente a otro canal de comunicación e incluso transportado por una red distinta.

En ambos casos, la ranura de tiempo (timeslot) 16 de la trama básica de 2 Mbpses empleada para la transmisión de información de señalización.

En la señalización CCS, varios bytes de mensajes son transmitidos a travésde un canal de 64 kbps proporcionado generalmente por el TS16 de la trama; estosmensajes transmiten la información de señalización de todos los canales de la trama.Cada mensaje contiene información que determina el canal específico que está siendoseñalizado. Los circuitos de señalización acceden al canal de 64 kbps del TS16, elcual resulta entonces común para todos los canales. Existen diferentes esquemas deseñalización basados en complejos protocolos (ejemplo: el sistema de señalización 7,SS7).

La señalización por canal asociado CAS se encuentra establecida en la recomen-dación UIT G.704 [6], la cual define la estructura de la trama E1. En la señalizaciónCAS, un canal de señalización es asociado a cada canal de información (no existe un

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canal común de señalización), lo cual implica que los circuitos de señalización estánpersonalizados a cada canal individual.

Señalización E&M

Como se ha dicho en la sección 3.3.3, el intercambio de señalización entre losmultiplexores en los canales de ida y de retorno, tiene lugar a través de la utilización depulso que comprenden cuatro bits (a, b, c, d), los cuales son originados por el equipode multiplexación de señalización.

En la señalización E&M, el multiplexor detecta la señalización empleada, laconvierte a señales codificadas en 4 bits y la entrega al multiplexor PCM para suinserción en el timeslot 16 de la trama PCM.

Puesto que en la señalización por canal asociado, únicamente el timeslot 16es utilizado para señalización, y que 16 tramas PCM se unen para conformar unamultitrama de señalización, se tiene que esta multitrama tiene una longitud de 16 ×125µs = 2ms. Lo que significa que la información de señalización para todos los 30subscriptores es transmitida en un período de 2ms, y que la información de cada subs-criptor se actualiza cada 2ms. Estos es suficiente, puesto que los pulsos de señalizaciónmás cortos son los pulsos de marcado, los cuales tienen una longitud de entre 40 y60ms, lo cual resulta un largo intervalo comparado con el período de muestreo de 2ms.

3.4. Jerarquía Digital Plesiócrona PDH

La jerarquía digital plesiócrona o PDH surge a finales de la década de los 60del siglo XX. Anteriormente la transmisión telefónica era de naturaleza analógica, peroal transcurrir el tiempo comenzaron los primeros esfuerzos para digitalizar el canal devoz de 4 kHz que mejoraron con la aparición de PDH como una tecnología capaz detransmitir de forma simultánea múltiples canales telefónicos digitales [7].

Todo esto evolucionó con la digitalización de un canal telefónico. Dicha digitali-zación es de 4 kHz mediante muestras de 8 bits y requiere una velocidad de transmisión

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de 64 kb/s (ver sección 3.1) que constituye la unidad básica de PDH. La transmisiónmulticanal se consigue agregando canales digitales o tributarios en grupos (tributariosde orden superior) y dichos grupos a su vez en otros mayores (ordenación jerárquica),empleando multiplexación por división de tiempo TDM (ver sección 3.1.5) por lo quecada vez se requiere una mayor velocidad binaria. En la figura 3.12 se muestra medianteuna tabla y un diagrama las diversas jerarquías de PDH tal y como han evolucionadoen las tres regiones principales del mundo; Europa, América y Japón. Puede observarsecomo en todos los casos la unidad básica o nivel 0 de la jerarquía es el canal de 64 kbpsy como a partir de éste se constituyen agregados (jerarquías superiores). Sin embargodifiere en las diversas regiones, ya que PDH nunca ha llegado a estar estandarizada deforma global.

Figura 3.12: Jerarquías PDH por región

Con respecto a la construcción de jerarquías utilizadas en la zona europea, puedeobservarse cómo a partir de la agrupación de 32 canales de nivel 0 se obtiene un canalde nivel 1 a 2.048 Mbps, cómo a partir de la agrupación de 4 canales de nivel 1 seobtiene uno de nivel 2 a 8.448 Mbps y así sucesivamente hasta llegar al máximo nivelde la jerarquía, el nivel 4, que corresponde a una velocidad binaria de 139.264 Mbps.

El término plesiócrono significa casi síncrono, pues la multiplexación de canalesen principio no es completamente síncrona. Por ejemplo, se puede observar que la

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velocidad correspondiente a la jerarquía de nivel 3 en el modelo europeo es de 34 Mbpsy no de 33,79 Mbps como correspondería a multiplicar por 4 la velocidad correspon-diente a la jerarquía de nivel 2. Esto se explica debido a que a finales de la década delos 60 y principios de los 70 del siglo XX resultaba era tecnológicamente muy difícily caro económicamente obtener el sincronismo entre las diferentes fuentes de datosgeneradoras de los canales tributarios de una jerarquía que requieren ser multiplexadospara conseguir una señal de jerarquía superior. Así, a la entrada del multiplexor lasseñales que habían de combinarse llegaban por lo general con fases diferentes, es decir,desincronizadas.

La forma más sencilla para ajustar las fases de las señales de la que se disponíaen dicha época consistía en emplear una serie de bits de relleno, entre los bits de datos,de forma que se compensase en la señal agregada la diferencia de sincronismo entre lasseñales tributarias, al respecto ver la figura 3.13.

Figura 3.13: Multiplexación de señales cuasi síncronas

La introducción de la técnica de sincronización mediante bits de relleno compor-ta un inconveniente fundamental ya que para acceder a un tributario de un determinadonivel dentro de una señal multiplexada, es necesario demultiplexar todos los canaleshasta dicho nivel, puesto que las sucesivas etapas de multiplexación insertan los bitsde relleno en partes diferentes de la trama, según se necesite y por lo tanto es imposi-ble determinar a priori donde se encuentra un canal dentro de la trama con completacerteza.

En la figura 3.14 se muestra un esquema de la multiplexación PDH, en el cual seobserva la conformación de las sucesivas jerarquías.

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Figura 3.14: Multiplexación PDH por niveles jerárquicos

Figura 3.15: Trama de 8 Mbps

Figura 3.16: Trama de 34 Mbps

Figura 3.17: Trama de 140 Mbps

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En las figuras 3.15 y 3.16 y 3.17 se muestra la conformación de las tramas paralas jerarquías de 8 Mpbs, 34 Mbps y 140 Mps, en estas se tiene que:

Palabra de alineación de trama PATBits de servicio SBits de información NIBits de relleno (stuffing) StBits de relleno o información B

Tabla 3.2: Significado de los bits en las tramas de jerarquías superiores

N NI B PAT S St Tµs8 Mbps 848 820 4 10 2 12 100,3

34 Mbps 1536 1508 4 10 2 12 44,7140 Mbps 2928 2888 4 12 4 20 21,02

Tabla 3.3: Correspondencia de bits y tiempo entre los niveles de las jerarquías PDH

3.5. Jerarquía Digital Síncrona SDH

Las transmisiones síncronas pueden verse como la siguiente etapa en la evo-lución de la jerarquía de transmisión. La estandarización demandó gran esfuerzo porparte del conjunto de estándares. La oportunidad de definir este nuevo estándar ha sidousada para enfocarse también en otros problemas, entre ellos están la capacidad deadministración de la red en la jerarquía, la necesidad de definir interfaces estándar entreequipos y las jerarquías de transmisión.

El término síncrono proviene del griego sync: con y chronos: tiempo. Esto sig-nifica a tiempo, operando al mismo tiempo, trabajando al mismo ritmo o sincronizado.

SDH se derivó del estándar propuesto en los Estados Unidos de Norteaméricapara la transmisión síncrona: SONET, el cual fue el estándar propuesto por Bellcoreen los Estados Unidos a principios de 1985. Éste fue tomado por la CCITT y en 1986el trabajo culminó con el desarrollo de SDH, definido en las recomendaciones de laCCITT G.707/708/709, que detallan los estándares para la transmisión síncrona enEuropa, y las cuales fueron publicadas en el libro Azul de la CCITT en 1989. Aunqueestos estándares no son directamente compatibles entre sí, han sido homologados para

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facilitar la interconexión entre ellos. La homologación de los dos estándares se logróen 1988. Además de las tres recomendaciones principales de la CCITT, existen otrosgrupos de trabajo que están elaborando otras recomendaciones cubriendo otros aspectosde SDH, como los requerimientos para los interfaces ópticos estándar y funcionesOAyM estándar.

Las implementaciones de sistemas de transmisión síncrona se deben principal-mente a su capacidad para interconectarse con los sistemas plesiócronos (sección 3.4)existentes. La SDH define una estructura la cual hace posible que las señales plesió-cronas puedan combinarse y encapsularse en una señal SDH. Esto protege la inversiónhecha por los operadores de red en el equipo plesiócrono, y permite que ellas puedanimplementar el equipo síncrono de manera confiable a las necesidades específicas desu red.

El estándar SDH permite la multiplexación de afluentes plesiócronos de las jerar-quías existentes, esto indica un factor de unificación mundial. Los primeros estándaresde la UIT que definen el estándar SDH parten de la serie G (sistemas y medios detransmisión, sistemas y redes digitales).

La recomendación de la UIT G.707 (1993) determina las velocidades binarias deSDH y establece que:

(a) El primer nivel de SDH es de 155 520 kbps.

(b) Las velocidades binarias superiores de SDH sean múltiplos enteros de la veloci-dad binaria del primer nivel.

(c) Los niveles superiores de la jerarquía digital síncrona se denoten por el corres-pondiente factor de multiplicación de la velocidad del primer nivel.

(d) Las velocidades binarias que constituyen a SDH son (ver tabla 3.4):

Nivel de la jerarquía Velocidad binaria jerárquica (kbps)1 155.5204 622.080

Tabla 3.4: Velocidades binarias con respecto a su factor de multiplicación

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La recomendación de la UIT G.708 (1991) establece la interfaz de nodo de redpara SDH e indica la estructura de trama básica, los principios básicos y elementos demultiplexación.

3.5.1. Estructura básica de la trama SDH

La estructura de la trama STM-N indica tres sectores principales de la tramaSTM-N; la tara o encabezado de sección (compuesto por: el encabezado de la secciónregeneradora RSOH y el encabezado de sección multiplex MSOH), el puntero de laUnidad Administrativa (PTR AU) o ruta y la carga útil (Pay load ) (ver figura 3.18)

Figura 3.18: Estructura fundamental de la trama SDH

Contenedor Virtual VC

El contenedor virtual Es una señal síncrona en frecuencia con el STM-1 y ocupaun determinado lugar dentro de la carga útil de la trama. Para que un tributario puedaformar parte de la carga útil de un STM-1, primero debe ser empaquetado correctamen-te. Para ello el tributario debe igualarse en velocidad para que exista sincronismo conel STM-1, el resultado de esto, es una señal un poco superior a la original del tributarioy se le llama Contenedor (C). La formación del contenedor para afluentes plesiócronosy síncronos es igual, solo que para los afluentes plesiócronos se emplea la técnica dejustificación (stuffing).

Entre los puntos de ensamblado y desensamblado del contenedor le son agrega-dos una serie de octetos para realizar diferentes funciones. Al recorrido entre estos dos

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puntos se le llama Trayecto (Path ) y al conjunto de octetos agregados se le llama Tarao Encabezado (Overhead ) y el conjunto forma el POH (Path Overhead). La funciónde insertar y extraer el encabezado de trayecto se le llama Función de Terminación deTrayecto.

Figura 3.19: Formación de contenedores virtuales

3.5.2. Ventajas de la tecnología SDH

Las transmisiones en sistemas SDH superan las limitaciones que se tenían en unared plesiócrona. Ofrecen un sin número de beneficios tanto a los operadores de la red,como a los usuarios. SDH ofrecen las siguientes ventajas:

(a) Altas velocidades de transmisión. Las velocidades mayores de los 10 Gbps sepueden obtener en el sistema SDH. Es por eso que SDH es la tecnología másapropiada para los enlaces troncales, alta capacidad, tráfico y con estrictos reque-rimientos de disponibilidad

(b) El sistema SDH permiten mezclar los sistemas PDH con norma europea o connorma americana. De esta forma, puede transportarse en un mismo sistema seña-les de sistemas PDH como lo es la señal con norma americana de 1.5 Mbit/s yla señal con norma europea de 2 Mbit/s. También permiten establecer pasarelas(gateways) con diferentes proveedores de red.

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(c) Simplificación de la red. Comparado con los sistemas PDH, resulta mucho masfácil extraer e insertar canales de baja velocidad. No se requieren repetidos pro-cesos de demultiplexación para luego volver a multiplexar la estructura plesió-crona. Esto conduce a la reducción de los equipos requeridos. Los bajos costosen operación tienen efecto debido a la reducción en el inventario requerido, lasimplificación en el mantenimiento, la reducción en el espacio requerido por losequipos, y el menor consumo de potencia.

(d) Alta disponibilidad y capacidad. Con SDH los proveedores de red pueden reac-cionar de una manera más ágil y rápida a los requerimientos de los clientes. Porejemplo, las líneas rentadas pueden ser conmutadas en cuestión de minutos. Elproveedor de red puede usar elementos estandarizados que pueden ser contro-lados y monitoreados desde una locación central por medio de un sistema deadministración de la red de telecomunicaciones o TMN (TelecommunicationsManagement Network).

(e) Confiabilidad. Las actuales redes SDH incluyen un conjunto de mecanismos derespaldo y de reparación para poder hacerle frente a las fallas del sistema. Unafalla de un enlace o de un elemento de la red no afecta a toda la red. Estoscircuitos de respaldo son activamente monitoreados por la administración de lared

(f) Soporte de servicios futuros. SDH está preparada para futuras aplicaciones. Eneste momento SDH resulta una elección altamente atractiva para plataformas deservicios que se extienden desde telefonía móvil celular y radio móvil, hastacomunicación de datos (LAN, MAN, etc.).

3.6. Comunicaciones Industriales

La automatización industrial se ha convertido en un medio imprescindible enla mejora del rendimiento, así como en el aumento de la eficacia de las funcionesoperacionales de una empresa industrial moderna. Esta situación se ve incrementadade acuerdo a la complejidad de las actividades específicas que la empresa desarrolle,así como con el alcance y extensión de su ámbito de acción.

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Con la automatización de los procesos industriales se busca alcanzar una seriede objetivos. En primer lugar el aumento de la eficiencia en las operaciones y en losprocesos industriales, empleando para ello las herramientas que ponen a disposiciónla electrónica, la informática y las telecomunicaciones. Adicionalmente se persigue elincremento y la optimización en la productividad del recurso humano; automatizandola realización de actividades manuales y repetitivas, disminuyendo costos energéticosy reduciendo los inventarios al mínimo necesario, así como también aumentando laconfiabilidad de las operaciones.

En el caso específico de las telecomunicaciones, éstas desempeñan un papel defundamental importancia en la implementación de los modernos sistemas de automati-zación industrial. Ésta es una función vital para aquellas empresas cuyas operaciones seencuentran dispersas geográficamente, como en el caso de los sistemas de distribuciónde energía eléctrica, la supervisión y control de instalaciones petroleras, patios detanques, poliductos, refinerías y similares.

Las redes de telecomunicaciones industriales que sirven de soporte a los sistemasde supervisión y automatización industrial tienen los siguientes objetivos:

(a) La recolección de datos de forma instantánea desde las localidades remotas.

(b) La transmisión de datos hasta los centros de control de operaciones y procesa-miento de información

(c) El aumento de la confiabilidad y la seguridad en los procesos de producciónmediante detección temprana de condiciones de alarma, supervisión y controlcontinuo de procesos de alto riesgo, verificación de las instalaciones y segui-miento de las condiciones de operación de las estaciones remotas.

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Figura 3.20: Esquema del flujo de información dentro de una red industrial moderna

Un esquema de tal tipo de red se muestra en la figura 3.20. La red corporativa esuna red MAN o WAN de alta velocidad, normalmente bajo estándares IP, MPLS, SDH-SONET o análogos. La red de procesos es generalmente una red de área local LAN.Dentro del área de operaciones y procesos físicos se encuentran las redes de campo.La labor llevada a cabo en el marco del trabajo de grado que aquí se expone abarcó elámbito de las redes de operaciones en campo y su interconexión con la red principal degestión y supervisión a través de la red WAN corporativa.

3.6.1. Telemetría, telecontrol y SCADA

Por telemetría se conoce el empleo de equipos y sistemas electrónicos paradetectar, acumular y procesar datos físicos en un lugar, para después transmitirlos auna estación remota donde pueden procesarse y almacenarse. Un ejemplo de la utilidadde la telemetría es la medición, transmisión y procesamiento de magnitudes físicas

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en sistemas de automatización de procesos industriales. Estos datos pueden ser, porejemplo, la temperatura y la velocidad de un gas o un fluido a lo largo de una tubería.Tales magnitudes se conocen como variables de campo.

Muy asociado al concepto anterior, existe también el de telecontrol, el cual con-templa el control (por lo general en forma remota) de las operaciones que se esténllevando a cabo. Mediante el telecontrol, una vez recibidas y procesadas las señales ovariables de campo, se procede a modificar las condiciones de operación de los proce-sos, actuando físicamente sobre uno o varios procesos, de acuerdo a una planificaciónestablecida y/o de acuerdo a ciertas circunstancias. Las decisiones son tomadas poroperador capacitado experimentado o por un programa automatizado. Un sistema deprocesamiento industrial consiste básicamente es un sistema de telemetría y telecontrol.

La red de telecomunicaciones, junto con los sistemas de instrumentación, con-trol y procesamiento de datos de campo (redes de campo), ha permitido el desarrollodel concepto de sistema SCADA (Supervisory Control and Data Adquisition; controlsupervisorio y adquisición de datos).

Un sistema (SCADA) esta compuesto por un conjunto de tecnologías que permi-ten obtener y procesar información de procesos industriales dispersos o lugares remotosinaccesibles, transmitiéndola a un lugar para supervisión, control y procesamiento,normalmente una Sala o Centro de Control. Un sistema de este tipo permite entoncessupervisar y controlar simultáneamente procesos e instalaciones distribuidos en grandesáreas, y generar un conjunto de información procesada como, por ejemplo, presenta-ción de gráficos de tendencias e información histórica, de informes de operación yprogramación de eventos, programas de mantenimiento preventivo, etc. En la figura3.21 se muestra la configuración típica de un sistema de automatización industrial anivel operacional.

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Figura 3.21: Nivel operacional de un sistema integrado de automatización y control

El subsistema de instrumentación y control local es el nivel que se encuentra encontacto directo con el proceso y por lo tanto se encuentra distribuido en las localidadesremotas a las que se quiere controlar y supervisar. Aquí se encuentran las Redes deCampo que incluyen toda la instrumentación asociada con el proceso, los elementosfinales de control, así como los medios de conversión de la información en un for-mato digital apropiado para su transmisión al nivel 3 o subsistema de procesamientode datos y control global. Este Nivel 1 o Subsistema de Instrumentación y ControlLocal está constituido por equipos específicos (controladores y redes de campo) que

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se ubican lo más cerca posible del proceso: instrumentos de medición (temperatura,presión, flujo, velocidad, etc.), sistemas PLC. sensores, actuadores, válvulas de control,bombas, compresores, etc. Bajo instrucciones desde el Centro de Control, en el Nivel1 se realiza las operaciones de control y los ajustes en las tablas de configuración deparámetros tanto continuos como discretos de un lazo de control. Para su transmisióna los niveles superiores, algunas de estas funciones se integran en las denominadasunidades terminales remotas RTU.

En cada localidad remota de interés se instala un servidor de adquisición ycontrol que junto con el transceptor de comunicaciones constituye la estación remota oRTU, la cual debe mantenerse en comunicación continua con el Centro de Control.Esta comunicación la realiza el subsistema de comunicaciones o nivel 2, mostradoen la figura 3.21, por medio de un sistema de telecomunicaciones dado y utilizandoprotocolos específicos.

El Servidor de Comunicaciones junto con los radios base constituyen la estaciónmaestra MTU. La función general de la MTU es la de realizar todas las labores deinterrogación y comunicaciones entre el Nivel 1 y el Nivel 3. En la figura 3.21 se utili-zan medios radioeléctricos de transmisión; sin embargo, se puede utilizar conductoresmetálicos, fibras ópticas, satélites, rayos infrarrojos, láser, etc.; la selección del mediode transmisión depende fundamentalmente, aparte de los aspectos económicos, de lascondiciones climáticas o geográficas, y muchas veces el medio de transmisión es unacombinación de estos medios. Los protocolos utilizados en el subsistema de comunica-ciones, denominados protocolos industriales o de campo, permiten la interacción entrelos equipos de comunicación. Estos protocolos están constituidos por un conjunto dereglas y procedimientos para el intercambio de mensajes, detección y corrección deerrores, y establecer las secuencias y lazos de control y supervisión.

Una vez que los datos han sido recolectados desde las localidades remotas ytransmitidos el centro de control, nivel 3 de la figura 3.21, es necesario realizar sobreellos un cierto procesamiento en tiempo real a fin de obtener información útil acerca delos procesos, presentarla al operador (o usuario) y emprender acciones de supervisióny control cuando sea necesario. Este trabajo lo realiza el subsistema de procesamientode datos. Este subsistema es el brazo operativo del centro de control y es el encargadode ordenar y procesar la información que es recibida del proceso mediante los enlaces

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de comunicación. El centro de control debe poseer una alta capacidad de computacióny normalmente está constituido por computadoras y redes de alta velocidad, interfaceshombre-máquina, bases de datos, servidores de aplicación (de impresión, de archivo,de datos históricos, de monitoreo, etc.). Todos estos recursos deberán ser redundantespara asegurar la confiabilidad e integridad en todas las operaciones.

PLC

En los sistemas de control modernos, la mayor parte de las operaciones desarro-lladas por el subsistema de instrumentación local, con la excepción de la captación devariables y la manipulación de dispositivos, son efectuadas por un dispositivo progra-mable conocido como PLC (controlador lógico programable). El PLC es un mecanismoelectrónico diseñado para el control en tiempo real de procesos secuenciales en unmedio industrial. Realiza funciones lógicas: conversión serie-paralelo, temporizacio-nes y conteos, además de otras más complejas como cálculos, regulación, emisión decomandos, etc. El PLC dispone además de circuitos de comunicación que le permitenaccede a un subsistema de comunicaciones.

El PLC cuenta con una serie de interfaces de conexión para recibir señales deentrada provenientes de dispositivos y transductores, así como terminales de salida parael accionamiento y control de válvulas, actuadores, motores, etc, de tal forma que laactuación de estos últimos está en cada momento en función de las señales de entraday del programa almacenado en el PLC. La arquitectura básica de un sistema PLC semuestra en la figura 3.22, en la cual se incluyen todos los elementos de un subsistemade control local, tal arquitectura resulta consistente entre los equipos producidos pordiversos fabricantes.

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Figura 3.22: Diagrama de bloques de un PLC

Unidad terminal remota RTU

El creciente y acelerado desarrollo en la informática, la electrónica y las tele-comunicaciones ha traído como consecuencia la integración de la mayor parte de loselementos del subsistema de procesamiento y control local. Como consecuencia, enuna sola unidad se han integrado los módulos de entrada I/O, el CPU, el módulo decomunicaciones, el módem, el transmisor de radio, un teclado funcional y las fuentesde poder. Esta unidad se denomina Unidad Terminal Remota (Remote Terminal Unit,RTU) y es muy ampliamente utilizada en la industria petrolera en instalaciones remotas.Todos los elementos vienen integrados en un gabinete blindado que cumple con lasrecomendaciones usuales de seguridad para su utilización en el campo.

Según ANSI, el término “unidad terminal remota” se refiere al equipo de unaestación remota de un sistema supervisorio, mientras que el término “supervisorio”incluye todo el “control, indicación, y equipos asociados de telemetría en la estaciónmaestra, y todos los dispositivos complementarios en la estación o estaciones remotas”.

La inclusión de módulos de computación con microprocesadores ha hecho posi-ble descargar el canal de comunicaciones y los computadores de procesos globales, demuchas tareas que anteriormente ellos desarrollaban. Como consecuencia, los costostotales se han reducido, la flexibilidad ha mejorado y aumentado las prestaciones de

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los sistemas local y global. En la figura 3.23 se muestra en forma esquemática loselementos contenidos en una RTU.

Figura 3.23: Configuración básica de una unidad terminal remota (RTU)

Unidad terminal maestra MTU

La función general de la MTU es la de realizar todas las labores de interrogacióny comunicaciones entre el subsistema de procesamiento local y los computadores deprocesos. Aunque en la figura 3.21 se muestra el MTU conectándose con las estacionesremotas (RTUs) a través de un transceptor de radio, en la transmisión se puede utilizarcualquier medio: par trenzado, cable coaxial, fibras óptica, etc. La selección de un me-dio depende fundamentalmente, aparte de los aspectos económicos, de las condicionesclimáticas o geográficas del sistema, y muchas veces la trayectoria de transmisión esuna combinación de varios medios.

El Servidor de Comunicaciones es un computador de propósito especial que secoloca antes de las redes de procesos o de los computadores de procesos. Este equipotiene mucha inteligencia agregada y se utiliza para efectuar todas las funciones decomunicación que de otra manera tendrían que ser realizadas por los computadoresde procesos. Este arreglo, presente en la mayoría de las arquitecturas orientadas todoslos sistemas de transmisión de datos en entornos industriales, resulta altamente porcuanto la transmisión de datos se efectúa en forma esporádica y por ráfagas; sin el

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servidor de comunicaciones el tráfico en tiempo real de un gran número de entradaspuede consumir grandes cantidades de tiempo de computación y el computador del pro-ceso no podría atender debidamente aquellas tareas orientadas a las aplicaciones paralas cuales está destinado. El servidor efectúa entonces todas las tareas de recepción,formato, codificación, almacenamiento, etc. para un uso más eficiente de los recursospresentes. En algunos casos de altas velocidades, la transferencia de información entreel servidor de comunicaciones y el computador se hace por acceso directo a memoria(DMA), es decir, el servidor coloca directamente en la memoria del computador toda lainformación que éste necesita. En los grandes sistemas de automatización de procesoslos servidores de comunicación se utilizan en pares: uno activo y otro de reserva.

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CAPÍTULO IV

METODOLOGÍA

En este capítulo se presenta una descripción de las condiciones técnicas quedeterminaron el contexto dentro del cual se desarrolló el trabajo de grado que aquíse expone. Se presenta en primer lugar una reseña general de la red troncal (WAN) dePDVSA en la región centro; se detalla su topología, las tecnologías empleadas en susenlaces, la capacidad de los mismos, además de las características de los equipos enservicio.

Se hace especial énfasis en este punto en el soporte que ofrece la mencionada redpara la transmisión de información de telemetría, específicamente de aquella originadaen estaciones de supervisión asociadas a un poliducto que transporta hidrocarburosdesde el occidente del país. Se incluyen por tanto detalles específicos de conformacióny configuración de los elementos de la red que dan soporte a estos servicios.

Se incluyen a tal objeto, dentro de este capítulo, reseñas técnicas de inspeccionesde campo realizadas a estaciones de telecomunicaciones que forman parte de la redtroncal de PDVSA; evidenciando así los aspectos prácticos de la implementación realde las topologías, redes y servicios que se describen.

Se describe, a fin de términos, la situación previa existente antes de la realizaciónde la propuesta de que es objeto este trabajo de grado; durante esta exposición seplantearán además, de forma detallada, las razones que ameritaron la migración de unconjunto de servicios de telemetría; la necesidad de tal migración, así como las ventajasque se perseguían con su realización.

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4.1. Descripción de la red troncal de PDVSA región centro

La red troncal de PDVSA, está determinada en su dimensionamiento por elamplio número de sedes y sucursales administrativas, y de localidades operativas querequiere la empresa para el desarrollo de las actividades que le son propias, así comopor la extensión y la amplitud geográfica en las que éstas se encuentran distribuidas.

El segmento de esta red correspondiente a la región centro, área metropolitana,está basado en forma casi exclusiva en enlaces de microondas, y está compuesto por56 estaciones de telecomunicaciones, las cuales se interconectan entre sí a través de untotal de 72 radioenlaces, entre troncales (principales y de respaldo) y secundarios, bajotecnologías PDH (ver sección 3.4), SDH (ver sección 3.5) y WLAN, con velocidadesde transferencia de datos entre los 155 Mbps y los 3 Mbps. La topología detallada deesta red se observa en la figura 4.1.

Figura 4.1: Red de transmisión metropolitana de PDVSA

A través de esta red pasan todos los servicios teleinformáticos de que hace usola corporación para sus actividades cotidianas: telefonía (por circuitos conmutados y

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también IP), videoconferencia, correo electrónico, además de un amplio número deaplicaciones específicas (gestión distribuida de activos, comercio y suministro, llena-deros de combustible).

4.1.1. Red de telemetría metropolitana

Una de estas aplicaciones específicas consiste en la telemetría de estaciones degas correspondientes al gasoducto metropolitano (red SISUGAS). Esta red está confor-mada por 8 estaciones maestras (MTU, ver 3.6.1), a las cuales reportan 30 estacionesremotas (RTU, ver 3.6.1), existiendo además dos estaciones repetidoras. La topologíade esta red se presenta en la figura 4.2.

Figura 4.2: Red de telemetría, área metropolitana

4.1.2. Detalle de una estación remota de telemetría

Descendiendo en el nivel de granularidad en el estudio de la red, concentrándoseen la configuración de una estación maestra de telemetría, y de las estaciones remotasque a ella le responden, la figura 4.3 muestra la disposición de una de estas estaciones,correspondiente en este caso a la maestra de telemetría que se encuentra ubicada en

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la estación de telecomunicaciones de El Volcán, al sureste de Caracas. La maestra detelemetría se comunica con las estaciones remotas mediante un sondeo (polling) tiporound robin a través de un enlace en frecuencia UHF, en banda permisada (frecuenciasasignadas por el ente regulador CONATEL. La estación maestra se comunica con lasala de control, ubicada en la sede de PDVSA en La Campiña, Caracas, a través deun módem V.32 a 9600 bps, velocidad de transferencia que resulta adecuada para elvolumen de datos involucrado. El canal en banda vocal es transmitido a través de la redtroncal de PDVSA. Fotografías de una MTU y un módem que funciona bajo el estándarV.32, actualmente operativas en la red de PDVSA se muestran en las figuras 4.4 y 4.5.

Figura 4.3: Detalle de interconexión de una estación maestra de telemetría

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Figura 4.4: Detalle de la MTU de la estación El Junquito

4.1.3. Radio PDH Siemens CTR 216

El transmisor - receptor CTR 216 es un equipo que opera en las bandas de 6.4a 7.1 GHz para cumplir con la transmisión de señales de alta capacidad (4x34 Mbps)moduladas en 16 QAM.

Puesto que a través de este equipo se transmite la información de la red troncalde PDVSA a objeto de aumentar la confiabilidad del enlace, disminuyendo el tiempode indisponibilidad del mismo y reduciendo al mínimo posible la tasa de bits errados,las rutas que hacen uso de este equipo han sido configuradas con protección 1+1, lo queconsiste en una reserva activa en el emisor, la cual proporciona redundancia y seguridaden la señal. Los recorridos en transmisión son idénticos, seleccionándose uno de losdos transmisores con un conmutador de RF, dependiendo de la calidad de las señales.El emisor de reserva tiene características idénticas al principal y se encuentra ubicadoen otro bastidor, lo que significa que existen dos bastidores transceptores, uno principaly otro auxiliar.

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Figura 4.5: Detalle del módem de la MTU, estación El Junquito

El equipo transceptor está diseñado para funcionar con protección de diversidaden espacio, utilizando para ello un módulo receptor especial al que llega la señal a RFproveniente de la antena de diversidad. Este receptor está gobernado por el osciladorlocal del receptor principal y su señal de salida frecuencia intermedia (IF) es enviadapor medio de puentes externos a dicho módulo donde se mezcla con la señal principalpara luego ser llevado hacia el demodulador. El receptor capta la señal proveniente de laantena de diversidad y la traslada a frecuencia intermedia para luego ser procesada porel demodulador de reserva. La señal que sale del receptor principal llega al demodula-dor principal. Las salidas de los demoduladores se envían a la unidad de conmutaciónCCA 63-4 donde se escoge la de mayor calidad.

El equipo CTR 216 tiene puntos de medición en corriente continua para compro-bar los parámetros más significativos y en corriente alterna para permitir las medicionesde las señales de entrada y salida sin necesidad de interrumpir el tráfico.

En el modulo de transmisión (ver figura 4.6 ) se introduce la señal de IF prove-niente del modulador CMF 62/16, que se pre-distorsiona para compensar la posterior

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distorsión producida por su amplificador, al cual alimenta después con una portadora a6 GHz formada con la mezcla de la señal de entrada y la generada por el oscilador localy, finalmente, amplifica el nivel de la señal RF a ser transmitida, hasta un valor mayoro igual a 29 dBm.

Figura 4.6: Vista externa del módulo transmisor, Siemens CTR 216

El receptor de diversidad de espacio convierte la señal entrante RF en una señalIF, mezclándola con la señal Oscilador Local proveniente del receptor principal. Laseñal IF se desfasa con un circuito controlado por un microprocesador y posterior-mente se envía al receptor principal (figura ) a través de una conexión que une dosseccionamientos externos para, una vez allí, combinarse con la señal a IF presente enel mismo.

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Figura 4.7: Vista externa del módulo receptor principal, Siemens CTR 216

4.1.4. Multiplexor MP 31/10 y MP 31-2

El equipo multiplexor digital MP 31/10 se utiliza para la transmisión de lasseñales de servicio, acoplando hasta 16 canales en una única señal de agregado a 704Kbp/s. La unidad ha sido diseñada de manera tal que no requiere de una rígida rutina demantenimiento. Está configurado en un solo módulo instalado en el bastidor de servicio,donde también se encuentra el panel de control.

Al retirar la tapa del módulo, el interior de éste observa como se indica en lafigura 4.8. Posee un máximo de 23 tarjetas con funciones específicas, unidas mecáni-camente al sistema, que pueden ser retiradas en caso de falla y cuando sea necesariosustituirlas por otras.

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Figura 4.8: Disposición de las unidades en el submódulo

Dependiendo de la versión que se utilice, el número máximo de tarjetas que loconstituyen es:

Versión terminal

(a) 10 unidades de canales de telefonía o datos

(b) 1 unidad de transmisión - recepción terminal

(c) 1 unidad de alarmas local

(d) 2 unidades de baja frecuencia para el aparato operador local

(e) 1 unidad de conexiones a 64 kbps

Versión terminal doble o extracción-inserción

(a) 16 unidades de canales de telefonía o datos

(b) 2 unidades de transmisión-recepción

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(c) 1 unidad de alarmas versión extraer-insertar (drop-insert)

(d) 1 aparato operador local

(e) 2 unidades de baja frecuencia para el aparato operador local

(f) 1 unidade de conexiones a 64 kbps

Figura 4.9: Vista externa del módulo receptor principal, Siemens CTR 216

Otro equipo multiplexor en uso en la red troncal de PDVSA, empleado parala multiplexación de jerarquías superior, es el multiplexor digital MP 31-2 forma elsegundo orden jerárquico en la escala de multiplexación en tiempo de canales telefó-nicos según la CCITT. Su función es la de formar una señal agregada de 8448 kbpscon cuatro señales tributarias de 2048 Kbps sin la necesidad del sincronismo total dela red (característica distintiva de los sistemas PDH). En la red de telecomunicación

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SISUGAS, es usado con los radios de baja y media capacidad de la serie CTR 190-2,sólo en configuración terminal.

La disposición de estos equipos, tal como se encuentran instalados y en funciona-miento en la sala de radio ubicada en la azotea del edificio de PDVSA en La Campiña,puede apreciarse en la figura

Figura 4.10: Instalación módulos Siemens; banco de canales y multiplexor

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4.2. Migración de los servicios de telemetría

En esta sección de describen en forma detallada, los pasos que conformaronel proceso de migración de los canales de telemetría, desde la capa física, hasta laconfiguración lógica del multiplexor Main Street 3600.

4.2.1. Multiplexor Alcatel Mainstreet 3600

Para la migración de los tributarios que soportan servicios de telemetría en la redtroncal de PDVSA, desde una red basada en tecnología PDH, a una basada en tecno-logía SDH, la gerencia de AIT asignó multiplexores marca ALCATEL (anteriormenteNewbridge) modelo Main Street 3600, los cuales se comercializaron bajo el término de“gestor de ancho de banda”.

La elección de estos equipos se basó en la disponibilidad de los mismos, y enla confiabilidad comprobada para su uso en aplicaciones de transmisión de datos detelemetría en las redes de supervisión de pozos y yacimientos petrolíferos, demostradapor su amplia utilización en el occidente del país (lago de Maracaibo y costa oriental).A este respecto, y en vista de las características técnicas del equipo, mencionadas acontinuación, se consideró apto para satisfacer la necesidad presentada.

De acuerdo al fabricante, el Main Street 3600 es un nodo de red flexible einteligente que combina las funcionalidades de un banco de canales inteligente, un con-mutador digital de interconexión cruzada (digital cross-connect switch ), un multiplexorintegrado de voz y datos, además de un switch X.25, frame relay y ATM.

El equipo posee una arquitectura modular, propia de los equipos de telecomu-nicaciones con “calidad de operadora” (carrier grade); consistente en una placa base(backplane) de conmutación principal, en el cual se insertan las tarjetas para la ma-nejo de servicios específicos (E1, T1, frame relay, ATM, etc). Cuenta con módulos deadaptación para las conexiones de éstos servicios según sea el uso que se requiera. Escontrolado por una tarjeta de control (o dos, en el caso de configuración redundante),además de dos fuentes de alimentación independientes, a objeto de redundancia.

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Entre las características del equipo, resaltan:

(a) Hasta 32 interfaces E1/T1

(b) Matriz de conmutación no bloqueante de hasta 64 Mbps

(c) Redundancia en fuentes de poder y en sistema de control

(d) Conversión entre compansión ley-A y ley-µ

(e) Múltiple opciones de sincronización

(f) Compresión de voz

(g) Estadísticas para tarificación, análisis de tráfico, segmentación de fallas.

(h) Configurable vía software

(i) Gestión remota

(j) Acceso ATM vía multiplexado inverso sobre ATM

El nodo Main Street 3600 instalado en la sala de radio de la sede de PDVSA enLa Campiña, Caracas, se muestra en la figura 4.11.

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Figura 4.11: Multiplexor Main Street 3600 nodo Campiña

Conexión a través del puerto serial

Se puede tener conexión al nodo de gestión a través de uno de dos puertos serialesRS-232. Los puertos seriales están designados como SP1 (DCE) or SP2 (DTE). Elequipo provee puertos de conexión en las siguientes ubicaciones

(a) Directamente en la placa base (backplane) (SP1 y SP2)

(b) Conexión delantera en la tarjeta de control

(c) Conectores seriales en otras tarjetas distintas a la de control actúan únicamentecomo extensiones de los puertos seriales principales del sistema.

SP1 es una simple interfaz de 3 vías que soporta TxD, RxD, and GND. Única-mente para el SP1 RTS está conectada al CTS y DTR está conectada al DSR, a través

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del backplane. SP2 soporta control a través de CTS o RTS, DSR o DTR y TxD, RxD yGND. Control de flujo por hardware es soportado únicamente por el puerto SP2.

Los conectores serial SP1 y SP2 a través de la placa base principal, así como dela correspondiente disposición de los pines de conexión, se muestran en la figura 4.12.

Figura 4.12: Puertos de conexión serial al Main Street 3600

4.2.2. Identificación de tributarios

El primer paso para realizar la migración de los servicios de telemetría de in-terés, una vez verificados cuales eran éstos, y cuales estaciones específicas atendía,consistió en realizar la identificación de los tributarios primarios; consistentes en parestelefónicos conectados a un banco de canales (se encarga de realizar la conversiónPCM (ver 3.1.2), parte del cual puede observarse a la izquierda de la imagen 4.10. Paraesta individualización resultó indispensable la documentación de la red que mantieneactualizada el personal de mantenimiento de la red de transmisión de PDVSA, regióncentro. En la figura 4.13 se tiene la distribución original de los canales a ser migrados.

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Figura 4.13: Situación previa de los canales a ser migrados

4.2.3. Traslado de los tributarios individuales

Una vez identificada la posición exacta de los tributarios en el banco de canalesdel sistema PDH Siemens, se empleó un cable multipar telefónico (en este caso de 50pares, puesto que era el que se encontraba disponible, se aprecia fotografía referencialen la imagen 4.14), a fin de canalizar los tributarios de interés al banco de canales quese había conectado previamente al nodo Main Street 3600, el cual puede apreciarseen la imagen 4.15, mientras que la imagen 4.16 muestra la conexión ya cableada dedos tributarios individuales. La conexión de los pares se realizó mediante conexiónmecánica (crimping), con una herramienta diseñada para tal fin.

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Figura 4.14: Cable multipar de 50 pares(fotografía referencial)

Figura 4.15: Banco de canales telefónicos del nodo Mainstreet

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Figura 4.16: Conexión de dos tributarios individuales al nodo Mainstreet

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CAPÍTULO V

RESULTADOS

5.1. Pruebas de conformidad

5.1.1. Medidor de errores en línea HP 4934A TIMS

Se realizaron mediciones de la calidad de los canales en banda vocal, empleandopara ello, el equipo marca Hewlett Packard 4934A, el cual genera tonos de diversafrecuencia, dentro de la banda local, de tal manera que los mismos sean transmitidos através del canal, y mediante la realización de un bucle (loop), se obtiene de vuelta elmismo tono, pudiéndose comparar las características de atenuación y posible distorsiónque pudiese introducir el canal, alterando con ello la señal y por ende las característicasdel enlace en cuanto a su capacidad de transmitir información, en este caso informacióndigital modulada bajo un protocolo apto a tal efecto (en este caso V.32).

Las pruebas llevadas a cabo está contempladas por la norma IEEE 743, losmétodos estándar y el equipamiento necesario para la medición de las característicasde transmisión de circuitos analógicos de frecuencia vocal.

En la figura 5.1 se observa la realización de las pruebas. Durante ésta, se envióun tono de prueba de 1 kHz con una amplitud de -5 dBm, recibiéndose el mismo sinalteraciones en su frecuencia, con una amplitud de +2 dBm. La variación en la amplitudviene dada por la ganancia introducida por los circuitos de compensación del bucletelefónico.

Las pruebas consistieron en el envío de tonos de frecuencia determinada, reali-zando bucles (loopbacks) en diversos tramos de la señal, de tal manera que se pudiesecomparar la señal recibida con la señal enviada

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Figura 5.1: Evaluación de las características de los canales en banda vocal

5.2. Configuración definitiva de los servicios migrados

Una vez realizada la asignación de los tributarios individuales para la conforma-ción de la trama E1 a ser transportada a través de un enlace troncal SDH, y de reali-zadas las pruebas de comportamiento de los canales en banda vocal, la configuracióndefinitiva de estas nuevas rutas, a nivel del enlace troncal en la red de PDVSA, puedeobservarse en la figura 5.2.

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Figura 5.2: Configuración definitiva de los circuitos migrados dentro de la red troncal dePDVSA

La asignación de canales tributarios individuales en la nueva trama E1, quedódefinitivamente configurada de la forma en que se indica en la fig 5.3 (compárese conla distribución inicial mostrada en la figura 4.13).

Figura 5.3: Asignación de los tributarios correspondientes a los canales migrados

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CONCLUSIONES

Luego de la realización de las actividades descritas en el capítulo 4, así como delanálisis de los resultados obtenidos, los cuales se expusieron en el capítulo 5, todo ellosoportado por la documentación teórica de base, presentada en el capítulo 3, se alcanzóun conjunto de conclusiones que a continuación se exponen.

En base al carácter de los puntos descritos en el párrafo anterior, específicamenteal ámbito concreto de aplicación y validez de los mismos, se ha considerado oportunoel separar el conjunto de conclusiones obtenidas en dos grupos; en primer lugar seexpondrán aquellas de alcance particular, que atañen al ámbito específico en el cual sedesarrolló el presente trabajo de grado. Se presentan luego conclusiones cuyo alcan-ce resulta mucho más general, relativas a las características y particularidades de lastecnologías y sistemas empleados,

La información de telemetría en general, y en la industria petrolera en particular,resulta de una alta criticidad; sin bien presenta modestos requerimientos de velocidadde datos, se exige sin embargo que presente una alta disponibilidad, y está por tantosujeta a constante monitoreo.

Respecto a lo anterior, la migración de los servicios de telemetría de estacionesde gas, en la red troncal de PDVSA, de estar basados originalmente en tecnología PDH,para luego ser transportados a través de una red SDH, representa sin duda una ventajadebido a las mucho más extensas capacidades de gestión, monitoreo y mantenimientoque se incluyen de forma estándar en esta última tecnología.

Una ventaja adicional de índole logístico y de soporte, radica en que los equipos yredes que se basan en tecnología PDH, al entrar en su fase de obsolescencia, representanun serio problema en cuanto al inventario de repuestos y piezas de recambio quedeben tenerse obligatoriamente en depósito al operar una red dorsal de alta criticidad.En tal sentido el proceso de migración llevado a cabo se convierte, más que en unaconveniencia, en una exigencia práctica.

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El equipo asignado para la multiplexación de los canales de telemetría que fueronobjeto de la migración; el “gestor de ancho de banda” ALCATEL Main Street 3600 ; de-mostró ser un equipo modular y flexible, con la robustez esperada de equipos diseñadospara su empleo en redes troncales de alto tráfico y disponibilidad.

Se señala así mismo, que para la tarea de realizar la multiplexación de un con-junto de canales primarios en un E1, el equipo en cuestión se encuentra ciertamentesobredimensionado; mientras que es perfectamente capaz de cumplir con este rol, suscapacidades van ciertamente mucho más allá, pudiendo servir como nodo principal enuna red SDH/SONET o ATM. Sin embargo, tal como se dijo en el capítulo 4, la gerenciade AIT cuenta con un amplio inventario de estos equipos, dado el extenso uso que sehace de los mismos, sobretodo en las redes de supervisión y telemetría en la regiónoccidente, siendo ésta la razón de que fuesen asignados estos equipos para satisfacer lanecesidad presentada.

En el proceso de configuración del equipo, para el ensamblado de la trama E1 enbase a los canales PCM primarios de 64 kbps, el aspecto más delicado y por tantocon mayor propensión a ser configurado en forma errónea, resulta la señalización,la cual debe coincidir a lo largo de toda la ruta con los equipos corresponsales queinsertan/extraen flujos o canales primarios de la trama E1.

La configuración del Main Street 3600 a través de una interfaz de consola serialpor linea de comandos, si bien resultó un grado de dificultad al principio, permitió luegoalcanzar un mayor grado de familiaridad con las características, opciones y modo defuncionamiento del equipo. Se estima sin embargo que esta ventaja disminuye al operaren redes que contengan un elevado número de nodos de este tipo, en tal situación unainterfaz gráfica permite una visualización mucho más rápida y fluida del estado y de lascondiciones de la red.

Entre las conclusiones específicas, la última que se señala es que, los canales debanda vocal, multiplexados en un E1 para luego ser transmitidos, mediante enlaces entecnología SDH, a través de la red troncal de PDVSA hasta la sala de control centraly monitoreo en la sede de la empresa, comprobaron su idoneidad para la tarea para lacual fueron asignados, siendo que están prestando servicio para tal fin en este momento,

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continuándose de esta manera con el proceso de migración en la forma en que estabanprevistos en los planes operativos de la gerencia de AIT.

Por último, en cuanto a las conclusiones de alcance más amplio, se tiene que,en el transcurso de la realización de éste trabajo, al detallar el proceso evolutivo de lastecnologías empleadas en redes troncales, de alta capacidad y tráfico, específicamentea través de sucesivos procesos de migración según van surgiendo nuevos esquemas ytecnologías, mientras que otras caen en la obsolescencia, se hace patente una marcadatendencia. Esta tendencia, cada vez más acentuada, consiste en la patente contradicciónde base existente entre las tecnologías que tienen su origen en las redes telefónicas;deterministas, orientadas a la conexión, basadas en la conmutación de circuitos, sincro-nizadas en base a una referencia común, con capacidad de canal y calidad de serviciogarantizada (o al menos con la posibilidad de garantizarla). Mientras en el otro espectrose ubican las redes y tecnologías que tienen su génesis en las redes de computadoras yla interconexión de éstas (Internet); son no deterministas, no orientadas a la conexión,basadas en la conmutación de paquetes (o tramas), no sincronizadas, sin calidad deservicio garantizada (best effort).

Estas fuertes contradicciones entre la robustez de las tecnologías que tienen suorigen en las redes telefónicas, y la flexibilidad de las redes de computadoras, ha gene-rado una gran cantidad de esfuerzo de investigación, desarrollo y producción, tendientea conjurar las mejores características de ambos mundos, surgiendo de esta manerapropuestas que permiten encapsular un tipo de tráfico en una red diversa (ejemplo:IP sobre SDH o incluso al contrario), o que buscan incluir características de ambosmodelos desde el principio de su diseño básico; ej, MPLS. Aunque esta tendenciaparece estarse decidiendo a favor de las redes IP, algunas de sus características, mencio-nadas con anterioridad, hacen que la coexistencia de estos modelos “híbridos” continúeprevisiblemente en un mediano e incluso largo plazo.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[7] C. Francoy y B. J, Ortega Tamarit, Redes Ópticas. Universidad Politécnica deValencia.

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